O Fim dos Dinossauros

O Fim dos Dinossauros

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BIOL OGIA O fim dOs di

A diversidade das diferentes formas de vida existentes na

Terra causa espanto e admiração. Até hoje, foram descritas cerca de 2 milhões de espécies, mas diferentes estimativas indi cam que o número total estaria hoje entre 5 e 100 milhões. A grandeza desses nú meros é mais surpreendente diante da constatação de que cerca de 90% de todas as espécies que surgiram durante a evo lução do planeta foram extintas.

Formas de vida desaparecem con tinuamente no decorrer da evolução, mas o estudo da história da vida revela momentos em que ocorreram extinções em massa. Uma extinção é dita massiva quando há um súbito aumento da taxa de

A vida na Terra passou por várias ‘crises’, como podem ser chamadas as extinções massivas de espécies. Em uma delas, há cerca de 65 milhões de anos, os dinossauros desapareceram.

É indiscutível que, nessa época, um grande asteroide se chocou com a superfície do planeta, e que isso contribuiu para a extinção desses animais ou a acelerou, mas essa não foi a única ou a maior razão. As causas foram provavelmente alterações drásticas em ecossistemas marinhos e terrestres. Mas o que teria provocado tais mudanças? O debate entre os que defendem o cataclisma cósmico e os que sustentam um vulcanismo intenso como o fator principal já dura quase 30 anos.

Recentes estudos mostram que as extinções massivas têm causas muito mais complexas do que se poderia supor. Esse tema é bem atual: nos últimos 500 anos, mais de mil espécies desapareceram, o que pode indicar que estamos no limiar de uma nova extinção massiva, talvez decorrente de ações humanas.

José Antônio de Freitas Pacheco Observatoire de la Côte d’Azur (Nice, França)

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O fim dOs di nOssaurOs Choque de um asteroide, vulcanismo ou outra causa? extin ção em relação aos valores médios. Nesse ca so, diferentes tipos de organismos desa parecem rapidamente (em termos de tempo geológico) e em escala global. Ex tinções massivas, porém, não são eventos sempre iguais e não impediram, no longo prazo, a evolução biológica. Nos últimos 500 milhões de anos, a diversidade de espécies tem aumentado. Portanto, as extinções representam apenas uma que da temporária no processo evolutivo da diversificação.

As causas das extinções em massa são debatidas há décadas por especialistas de diferentes disciplinas, e o tema ganhou re levância diante da constatação das atuais abril de 2009 • CiênCia Hoje • 21

2 • CiênCia Hoje • vol. 43 • nº 258 mudanças climáticas. Biólogos como Andrey V. Adrianov, do Instituto de Biologia Marinha da Academia de Ciências da Rússia, ou P. Dee Boers ma, da Sociedade para a Conservação Biológica e da Universidade de Washington, nos Estados Unidos, pensam que estamos vivenciando uma nova onda de extinção de espécies, na qual a contribuição humana não pode ser descartada.

As camadas de rochas sedimentares acumuladas na crosta terrestre exibem duas grandes ‘transições’, marcadas por mudanças drásticas na fauna e na flora. Elas definem as fronteiras entre as ‘eras’ geológicas: a Paleozoica (termo que significa ‘vida an- tiga’), iniciada há 545 milhões de anos; a Mesozoica (‘vida intermediária’), que começou há 250 milhões de anos; e a atual, Cenozoica (‘vida nova’), com início há 65 milhões de anos. As eras são divididas em períodos, e as fronteiras entre elas são caracterizadas, em geral, por extinções massivas.

Uma das formas de constatar extinções é a medição, em rochas sedimentares antigas, da proporção dos isótopos estáveis do carbono (13C/12C). Na natureza, 98,89% do carbono ocorre como 12C e 1,1% como 13C. No entanto, os organismos que realizam fotossíntese (plantas e outros) acumulam de preferência o 12C em seus tecidos, o que modifica esses percentuais. A alteração fica ‘registrada’ em rochas originadas de sedimentos que continham matéria orgânica e pode ser medida pela técnica de espectrometria de massas. Assim, reduções importantes e repentinas da presença de matéria orgânica entre diferentes camadas de rochas antigas são indícios de extinções em massa. Outra ‘pista’, mais direta, é o súbito desaparecimento de fósseis de muitas espécies, em lugares variados e na mesma época.

Esses e outros dados permitiram ao paleontólogo norte-americano J. John Sepkoski Jr. (1948-1999) construir um gráfico com os percentuais de extinção (apenas de animais marinhos: caracóis, moluscos de duas conchas e corais) ao longo das eras geológicas. Os percentuais foram calculados em diferentes ‘estágios’, que correspondem a intervalos de tempo de alguns milhões de anos (figura 1).

O gráfico permite identificar cinco grandes extinções. A primeira e mais recente, há cerca de 65 milhões de anos, marca o limite entre os períodos Cretáceo e Terciário, e nela desapareceram 50% das espécies então existentes, inclusive os dinossauros. A segunda, há cerca de 203 milhões de anos, na transição Triássico-Jurássico, eliminou 53% das

Figura 1. Evolução das extinções de espécies ao longo da história da Terra – as cinco grandes extinções estão assinaladas com setas. A sigla Ma signifi ca ‘milhões de anos’ e as letras abaixo das colunas indicam os períodos Cambriano (C), Ordoviciano (O), Siluriano (S), Devoniano (D), Carbonífero (Ca), Permiano (P), Triássico (Tr), Jurássico (J), Cretáceo (Cr) e Terciário (T)

Figura 2. A superfície da Lua é marcada por crateras produzidas pelo impacto de asteroides desde a formação do satélite

abril de 2009 • CiênCia Hoje • 23 espécies marinhas. A terceira, a chamada ‘grande mortandade’, entre o Permiano e o Triássico, em torno de 251 milhões de anos atrás, é a mais importante: estima-se a extinção de 96% das espécies marinhas e 70% das terrestres. A quarta (na verdade, uma série crescente de extinções) ocorreu no final do Devoniano, há cerca de 376 milhões de anos, e nela desapareceram quase 70% das espécies. A quinta, há cerca de 445 milhões de anos, no limite entre o Ordoviciano e o Siluriano, eliminou em torno de 60% das espécies marinhas. A figura permite notar que, em parte do Cambriano e do Ordoviciano, aconteceram outras extinções significativas.

Outro aspecto é o declínio gradual das extinções (mostrado pela linha azul) nos últimos 550 milhões de anos. Uma das hipóteses propostas para explicar esse efeito diz que ele não é real – o número de gêneros e espécies dos seres marinhos antigos estaria superestimado, inflando também os números de extinções. Outra tese admite o efeito, argumentando que as mudanças ocorridas na Terra, ao longo do tempo, tornaram os oceanos mais favoráveis à vida, reduzindo a possibilidade de extinções.

Duas grandes teorias tentam explicar, em particular, a extinção entre o Cretáceo e o Terciário. A primeira, proposta pelo físico norte-americano Luis W. Alvarez (1911-1988), ganhador do prêmio Nobel em 1968, diz que a causa maior foi o impacto na Terra de um imenso asteroide. A segunda, criada por geólogos ou geofísicos, como o norte-americano Dewey McLean, o francês Vincent Courtillot e outros, aponta que uma intensa atividade vulcânica provocou não só essa extinção, mas também as demais.

No entanto, impactos cósmicos e vulcanismo não são as únicas supostas causas das grandes extinções. Um rebaixamento de alguns metros no nível dos oceanos reduz a produção de matéria orgânica nas plataformas continentais o suficiente para extinguir muitas espécies marinhas. Pode ainda desequilibrar as relações oceano-atmosfera, que afetam o clima, atingindo as espécies terrestres. E há evidências de variações consideráveis do nível dos oceanos nos últimos 500 milhões de anos.

Os imPactOs cÓsmicOs

A observação de diversos astros do Sistema Solar mostra grande abundância de crateras, causadas, em sua grande maioria, por impactos de asteroides. As superfícies da Lua e de Mercúrio são exemplos típicos (figura 2). Embora quase todas as crateras de impacto do Sistema Solar tenham sido geradas em um passado remoto, há exemplos de colisões recen- tes. A mais espetacular foi a dos fragmentos do co- meta Shoemaker-Levy 9 com Júpiter, em 1994. O impacto mais energético, do fragmento L, ocorrido no dia 19 de julho e observado pelo telescópio espacial Hubble, produziu uma ‘pluma’ de gases que se elevou por milhares de quilômetros.

Apesar do interesse em torno do evento, somente dois grupos de pesquisa relataram observações do evento por espectroscopia: um no Observatório do Pico do Midi (na França), liderado pelo holandês Maarten Roos-Serote, e outro no Brasil, no Observatório do Pico dos Dias (MG), integrado por Roberto Costa, Patan Singh, Amaury de Almeida (da Universidade de São Paulo), Said Codina (do Observatório Nacional) e pelo autor deste artigo. No material da ‘pluma’ – provavelmente gases da atmosfera jupiteriana (a quase totalidade) e do cometa – foram detectados elementos como sódio, ferro, cálcio e lítio. O grupo brasileiro estimou que a ‘pluma’ continha 12 átomos de lítio para cada mil de sódio, um valor compatível com medições em meteoritos, sugerindo que a composição da pluma (seja material do planeta ou do cometa) reflete a constituição da nebulosa que deu origem ao Sistema Solar.

Estimativas baseadas no número (incerto) de asteroides presentes no Sistema Solar indicam que, a cada 40 mil anos, deve cair na Terra um asteroide de 200 m de diâmetro, gerando uma cratera com diâmetro de 5 a 6 km. Impactos catastróficos, de as - teroides de dimensões quilométricas, são mais raros: o intervalo previsto entre colisões desse tipo é de algumas centenas de milhões de anos (figura 3).

Figura 3. Intervalo médio estimado para a ocorrência de impactos de asteroides na Terra, de acordo com as dimensões das crateras produzidas, e a relação entre alguns impactos e a potência destrutiva da bomba nuclear lançada sobre Hiroshima (Japão) em 1945 – um impacto com energia equivalente a 10 milhões de vezes a explosão de Hiroshima deve ocorrer a cada 300 milhões de anos (Ma)

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Os efeitos da erosão e da evolução da crosta terrestre tornam difícil detectar, na Terra, restos de crateras de impacto. Mesmo assim, muitas estruturas geológicas são atribuídas à queda de corpos celestes, como as existentes nas regiões de Vredefort, na África do Sul (diâmetro em torno de 300 km), e de Sudbury, no Canadá (250 km) – os impactos teriam ocorrido, respectivamente, há cerca de 2 bilhões e de 1,8 bilhão de anos. No Brasil existe uma importante cratera, em Araguainha (MT), com 40 km de diâmetro, formada há 244 milhões de anos.

A evidência de um impacto ocorrido há 65 milhões de anos, coincidente com a extinção entre o Cretáceo e o Terciário, foi apresentada pela primeira vez pelo filho de Luis Alvarez, o geofísico Walter Alvarez, e colaboradores, em 1980. Eles constataram, em camadas geológicas com essa idade, uma concentração do elemento irídio maior que a normal na Terra (onde é extremamente raro). Os registros indicavam que esse metal foi depositado em um intervalo curto de tempo. Como a concentração anormal nessa camada é similar à que ocorre em meteoritos, Alvarez e equipe sugeriram que as ‘nuvens de poeira’ geradas pela queda de um grande asteroide teriam depositado o irídio em escala global, como acontece com as cinzas de grandes erupções vulcânicas. Para depositar a quantidade de irídio obser- vada, estimou-se que o asteroide responsável teria cerca de 10 km de diâmetro e 1 trilhão de toneladas. Simulações em computador indicaram que a cratera gerada teria entre 150 e 200 km de diâmetro. Mas onde estaria essa cratera?

Nos anos 70, dois geólogos a serviço de uma empresa petrolífera, o mexicano Antonio Camargo e o norte-americano Glen Penfield, haviam encontrado, na península de Yucatán (México), resquícios de uma cratera com cerca de 65 milhões de anos (figura 4). A teoria de Alvarez fez com que essa cratera – denominada Chicxulub – fosse mais estudada. Descobriu-se que tem cerca de 180 km de diâmetro, forma ovalada (o que indica um ângulo de impacto entre 20 e 30 graus), e que rochas associadas a ela contêm, além de altos níveis de irídio, microestruturas que representam ‘assinaturas’ inconfundíveis do impacto de um asteroide.

Outras evidências associam impactos cósmicos a extinções massivas. Há alguns anos, o geólogo australiano John Gorter propôs a existência de uma cratera soterrada no noroeste da Austrália, com diâmetro aproximado de 200 km, denominada Bedout. Segundo estudos posteriores, de uma equipe liderada pela geóloga norte-americana Luanne Becker, Bedout teria cerca de 250 milhões de anos, coincidindo com a extinção Permiano-Triássico, e seria

Figura 4. A cratera Chicxulub, associada ao impacto ocorrido há 65 milhões de anos, na transição entre o Cretáceo e o Terciário, está soterrada na península de Yucatán, no México (a imagem no detalhe, em cores artifi ciais, foi obtida com base em dados de variações gravimétricas e magnéticas) abril de 2009 • CiênCia Hoje • 25 uma cratera de impacto. No entanto, a maioria dos especialistas acredita que teve origem vulcânica. Outra possibilidade foi sugerida pelos geólogos Richard A. Schmidt (em 1962) e John G. Weihaupt (em 1976). Eles propuseram, com base em anomalias observadas nas rochas da região de Wilkes Land, na Antártida, a existência ali, sob a camada permanente de gelo, de uma cratera de impacto com 480 km de diâmetro (o maior já registrado), tese reforçada por estudos feitos com sensores de satélites. Sua idade, embora incerta, também é estimada em cerca de 250 milhões de anos.

O vulcanismO terrestre

A ideia de que as extinções em massa decorreram de atividade vulcânica e não de impactos cósmicos também faz sentido. Além de produzir grande volume de cinzas, que podem resfriar o clima, as erupções liberam aerossóis ricos em ácido sulfúrico, que ficam longo tempo na atmosfera, gerando, em particular, chuvas ácidas. Um exemplo recente é a erupção do Pinatubo, nas Filipinas. Adormecido por quase 500 anos, o vulcão ‘acordou’ em abril de 1991. O volume de cinzas lançado na atmosfera foi estimado em cerca de 25 km3 e a quantidade de dióxi- do de enxofre (SO2) em 20 milhões de toneladas. A ejeção de partículas pelo Pinatubo causou um resfriamento em escala mundial, com redução média de 0,5°C na temperatura (figura 5).

No período Triássico (250 a 203 milhões de anos atrás), a Terra tinha apenas um supercontinente (Pangea) e um superoceano (Panthalassa). Logo depois, no Jurássico, a movimentação da crosta terrestre quebrou Pangea em dois: Laurasia, ao norte, e Gondwana, ao sul, que sofreriam separações adicionais no período seguinte, Cretáceo, iniciado há 146 milhões de anos. Esses períodos são marcados por vários episódios de intensa atividade vulcânica, capazes de gerar alterações climáticas fortes o bastante para causar extinções em massa (figura 6).

Um exemplo está na região de Deccan, na Índia.

Ali há uma estrutura em forma de ‘escada’ com cerca de 500 mil km2, formada por sucessivos derramamentos de lava, que somam um volume em torno de 3 milhões de km3 – um dos maiores eventos desse tipo na história da Terra. O processo durou alguns milhões de anos, mas estima-se que 90% da lava foram liberados no limite Cretáceo-Terciário, há 65 milhões de anos (a última grande extinção).

Estudos evidenciam que a emissão de SO2 durante esse derramamento certamente causaria grandes alterações no clima.

Outras extinções podem ser associadas a grandes ejeções de lava. Há 250 milhões de anos, na época

Figura 5. A erupção do vulcão Pinatubo, nas Filipinas, em 1991, lançou grande volume de partículas na atmosfera e causou uma redução da temperatura média global

26 • CiênCia Hoje • vol. 43 • nº 258 da ‘grande mortandade’, um derramamento (da ordem de 2,5 milhões de km3 de lava) aconteceu na Sibéria. Há 203 milhões de anos, durante a formação do oceano Atlântico, houve outro derramamento relevante na área central desse oceano, e suspeita-se que esteja associado à extinção ocorrida naquela época.

cOmO as catástrOfes matam?

A ideia original de Alvarez consistia no surgimento de um clima invernal após o impacto, análogo ao ‘inverno nuclear’ que resultaria de um conflito nuclear global. O impacto de um asteroide com 10 km de diâmetro pode pulverizar um volume de rochas suficiente para formar, na atmosfera, uma cobertura de poeira que, além de reduzir a temperatura média da Terra, filtraria a luz solar por meses. Tais condições afetariam fortemente os organismos que realizam fotossíntese. Outro cenário é o seguinte: como as rochas na região de Chicxulub são ricas em enxofre, o impacto poderia liberar um grande volume de aerossóis ricos em sulfatos, que gerariam chuvas ácidas, devastadoras para as plantas. Os sulfatos ainda sufocariam os animais vertebrados que respiram o ar diretamente e dissolveriam as conchas protetoras de animais marinhos nas áreas litorâneas.

Os processos de extinção, que afetam tanto seres marinhos quanto terrestres, começam com a destruição de formas de vida tropical e subtropical e depois atingem formas menos especializadas. Na Terra, as plantas resistem melhor que os animais. Compreender por que certas espécies sobreviveram, e outras não, talvez seja uma das chaves para entender ‘o’ ou ‘os’ mecanismos de destruição.

Na ‘grande mortandade’, por exemplo, os animais com esqueletos maiores e carbonatados foram mais destruídos que aqueles com pouco ou nenhum carbonato no esqueleto. Já na extinção Cretáceo- Terciário, foram mais atingidos os consumidores diretos de produtos da fotossíntese. Um enigma de difícil solução, nesse último caso, é a sobrevivência das aves. Como elas têm alta taxa metabólica e baixa reserva de energia, e usam a visão na busca de alimentos, o ‘inverno’ resultante de um impacto ou de vulcanismo deveria levar a um alto índice de mortalidade, mas isso não foi constatado. Fósseis de seres marinhos e terrestres (inclusive pólen) indicam um tempo curto (alguns milhares de anos) para a extinção de 65 milhões de anos atrás. No entanto, segundo novos dados paleontológicos e paleoclimáticos, essa extinção foi mais progressiva do que abrupta.

Ela teria começado meio milhão de anos antes, quando houve um resfriamento global, seguido por

Figura 6. Grandes derramamentos de lava ocorridos nos últimos 300 milhões de anos e localização atual dos ‘pontos quentes’ responsáveis pela liberação da lava abril de 2009 • CiênCia Hoje • 27 um curto pulso de aquecimento (de 400 a 200 mil anos antes da transição), que pode ter sido desencadeado pelo derramamento de Deccan. Um novo resfriamento (de 2°C a 3°C), com cerca de 100 mil anos, ocorreu logo depois, e nessa fase a extinção acelerou-se. Além disso, medidas da proporção 13C/12C indicam que a produtividade oceânica sofreu relevantes flutuações nos 3 milhões de anos anteriores a essa extinção. Após a transição, a produtividade oceânica caiu a níveis baixíssimos. O ecossistema marinho só se restabeleceu entre 2 e 3 milhões de anos depois.

O cenário da ‘grande mortandade’ também está ficando mais explícito. Segundo estudos do geólogo Robert Berner, da Universidade Yale, o teor de oxigênio na atmosfera (hoje de 21%) chegava a 30% no período Carbonífero, mas no final do Permiano e em parte do Triássico caiu para 12,6%. As prováveis causas são o clima árido da época e o derramamento de lava na Sibéria, que aumentaram o teor de gás carbônico e reduziram o de oxigênio na atmosfera, situação fatal para os animais com alto metabolismo. O aumento de cerca de 6°C na temperatura diminuiu a solubilidade do oxigênio nas águas oceânicas, o que extinguiu animais situados na base da cadeia alimentar (como se observa hoje no mar Mediterrâneo e no mar do Norte). Um baixo teor de oxigênio nos mares favorece a proliferação de bactérias produtoras de sulfeto de hidrogênio (H2S), tóxico para a vida marinha (o que se vê hoje no mar Negro). No ano passa- do foram encontrados indícios da presença de bac- térias que produzem H2S em sedimentos do final do Permiano, dando novo suporte ao cenário proposto.

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