Exercícios: A escala do tempo geológico

Ordena por ordem decrescente de duração as seguintes unidades da escala do tempo geológico: época, éon, período e era. Apresenta um exemplo real de cada uma.

Nomeia as três eras do éon Fanerozoico, ordena-as da mais antiga para a mais recente e refere um grupo de seres vivos característico de cada uma.

Situa na era e, se possível, no período correspondente cada um dos seguintes acontecimentos: a extinção dos dinossauros não avianos, o aparecimento do género Homo e a «explosão do Câmbrico» dos animais.

A escala do tempo geológico apresenta intervalos de duração bastante desigual, ao contrário das horas de um relógio. Explica por que razão os seus limites são definidos por acontecimentos (extinções, alterações nas faunas) e não por intervalos de tempo de igual duração.

Nomeia os quatro éones da história da Terra, ordena-os do mais antigo para o mais recente e indica em qual vivemos e desde quando, aproximadamente.

Que acontecimento marca o início do éon Fanerozoico e do período Câmbrico? Explica o que foi a «explosão do Câmbrico» e que alteração representa no registo fóssil.

Situa o período Cretácico respondendo às seguintes questões:

1. a) A que era geológica pertence?
2. b) Entre que idades aproximadas (em milhões de anos) se estende?
3. c) Que acontecimento o encerrou?

Ordena do mais antigo para o mais recente estes marcos e indica a sua idade em milhões de anos: formação da Terra, aparecimento do Homo sapiens, explosão do Câmbrico, extinção dos dinossauros e origem da vida.

O éon Fanerozoico iniciou-se há $541$ milhões de anos e a Terra formou-se há cerca de $4\,600$ milhões de anos. Calcula a percentagem da história da Terra ocupada pelo Fanerozoico e explica por que razão os éons anteriores (o «Pré-Câmbrico») são muito menos conhecidos.

Explica por que razão os limites entre as eras da escala do tempo geológico coincidem com extinções em massa, e toma como exemplo o limite entre o Mesozoico e o Cenozoico, indicando o que o causou.

O esquema sintetiza os grandes intervalos do tempo geológico (éons e eras) com as respetivas idades-limite. Nomeia o intervalo assinalado com «?», indica entre que idades se estende e refere um acontecimento biológico relevante ocorrido durante esse intervalo.

A extinção do final do Pérmico foi a maior da história: desapareceram os trilobites e a esmagadora maioria das espécies marinhas. Explica que era encerrou, que grupos beneficiaram do vazio ecológico subsequente e que relação tem essa crise com o início da era dos dinossauros.

O Mesozoico estende-se desde há $252$ milhões de anos até há $66$ milhões de anos. Calcula a sua duração e a percentagem do Fanerozoico ($541$ milhões de anos) que representa, arredondando o resultado.

Os limites oficiais da escala são fixados em perfis concretos designados estratótipos ou «pregos dourados» (GSSP). Explica o que é um prego dourado, por que razão é necessário convencionar um local físico para cada limite e que características deve reunir esse perfil.

Alguns cientistas propõem o reconhecimento de uma nova época: o Antropoceno. Explica que sinais geológicos a marcariam (radionuclídeos resultantes de testes nucleares, plásticos, cinzas de carvão, alteração das faunas) e por que razão outros geólogos se mostram reticentes quanto à sua formalização.

Se atribuirmos $1$ ano a cada $100$ milhões de anos, a Terra teria $46$ anos. Calcula com que «idade» desse planeta-pessoa surgem os dinossauros (há $230$ milhões de anos) e o Homo sapiens (há $0{,}3$ milhões de anos), e comenta o que a analogia evidencia.

Imagina que se comprime a história da Terra ($4\,600$ Ma) num calendário de um ano civil que termina à meia-noite de 31 de dezembro.

1. a) Calcula em que data e hora aproximadas situarias três marcos fundamentais: o Grande Evento de Oxigenação (~$2\,400$ Ma), o aparecimento dos primeiros fósseis macroscópicos com concha ou esqueleto na explosão câmbrica (~$541$ Ma) e a origem do género Homo (~$2,5$ Ma). Mostra os cálculos proporcionais realizados.
2. b) Um documentário de divulgação afirma: «A história da Terra é fundamentalmente a história dos animais e das plantas terrestres, que povoaram o planeta desde as suas origens, culminando com a chegada do ser humano». A partir dos resultados temporais obtidos na alínea anterior, rebate ponto por ponto esta afirmação e argumenta por que razão a escala geológica desqualifica qualquer leitura antropocêntrica ou zoolocêntrica do tempo terrestre.

Uma equipa de geologia analisa duas colunas estratigráficas contínuas de 150 metros de espessura: a Coluna A corresponde ao período Jurássico ($201$-$145$ Ma) e a Coluna B pertence a uma bacia sedimentar do Arcaico ($3\,200$-$3\,000$ Ma).

1. a) Justifica por que razão na Coluna A é viável estabelecer uma cronologia de alta resolução subdividindo os estratos em biozonas de apenas centenas de milhares de anos, enquanto na Coluna B este método se revela completamente inaplicável. Que condições biológicas e tafonómicas exclusivas do Fanerozoico o explicam?
2. b) Concebe uma estratégia geocronológica para datar e correlacionar os estratos da Coluna B. Especifica que métodos isotópicos ou geoquímicos empregarias e que obstáculos derivados do ciclo litológico (metamorfismo, diagénese, tectónica) deverás prever devido à antiguidade dos materiais.
3. c) Rebate a seguinte conclusão de um aluno: «Como o Arcaico durou mais do triplo do tempo de todo o Fanerozoico, o seu registo estratigráfico deveria ser muito mais amplo e fácil de decifrar do que o do Jurássico».

Estima-se que a taxa de extinção de fundo ao longo do Fanerozoico tenha sido de 0,1 a 1 extinções por milhão de espécies por ano (E/MSY). Durante a grande crise do final do Pérmico (~$252$ Ma), extinguiu-se cerca de $95\ \%$ das espécies marinhas num intervalo de cerca de $60\,000$ anos. Na atualidade, as estimativas situam a taxa de extinção provocada pela ação antrópica entre 100 e $1\,000$ E/MSY.

1. a) A partir destes dados, compara a taxa média de extinção no Pérmico com a taxa atual. Explica por que razão a crise contemporânea se qualifica como potencial «sexta extinção», apesar de o número absoluto de espécies desaparecidas documentadas pela UICN nos últimos séculos ser muito inferior ao das cinco grandes extinções geológicas.
2. b) Analisa os enviesamentos tafonómicos do registo fóssil marinho que complicam a comparação direta entre as curvas históricas de diversidade (como a de Sepkoski) e os censos modernos de biodiversidade terrestre.
3. c) Prevê que biofácies e litofácies características um paleontólogo encontraria daqui a 50 milhões de anos nos sedimentos correspondentes à nossa época se continuar o ritmo atual de transformação antrópica.

Numa sondagem estratigráfica contínua através do limite entre dois períodos geológicos onde ocorreu uma grande extinção em massa, registaram-se as seguintes anomalias geoquímicas e sedimentares:

1. Uma excursão negativa abrupta e global do $\delta^{13}\text{C}$ de mais de $-5\ ‰$.

2. Uma descida brusca do $\delta^{18}\text{O}$ em carbonatos que denuncia um aquecimento térmico da coluna de água oceânica de entre $8\ \text{°C}$ e $10\ \text{°C}$.

3. Um horizonte euxínico generalizado (xistos negros com frambóides de pirite e enriquecimento em vanádio e urânio).

4. Ausência total de anomalias de irídio, esférulas de impacto ou quartzo de choque na argila da transição.

1. a) Deduz a qual das duas extinções mais estudadas (final do Pérmico ou final do Cretácico) correspondem estes dados, justificando a tua escolha e refutando a outra através de dois argumentos apoiados nas evidências descritas.
2. b) Reconstrói a cadeia de causa-efeito biogeoquímica que vincula o vulcanismo dos traps continentais à queda do $\delta^{13}\text{C}$, ao efeito de estufa global, à desestabilização de hidratos de metano e à anóxia marinha profunda.
3. c) A partir do mecanismo causal reconstruído, avalia criticamente por que razão este evento do passado geológico representa um modelo de alerta muito mais próximo e análogo à atual crise climática antropogénica do que o evento do limite Cretácico-Paleogénico.

A Comissão Internacional de Estratigrafia (ICS) define os limites entre unidades da Escala do Tempo Geológico mediante Estratotipos de Limite Global (GSSP ou «pregos de ouro»).

Imagina que fazes parte do comité que deve decidir entre duas propostas para marcar o limite basal de uma nova idade geológica:

• Proposta A: Um registo numa estalagmite de uma gruta cársica que mostra um sinal de $\delta^{18}\text{O}$ síncrono à escala planetária (abrupta megasseca global) datada com elevadíssima precisão radiométrica mediante séries de urânio ($^{230}\text{Th}/^{234}\text{U}$) em $4\,200$ anos antes do presente.

• Proposta B: Uma secção sedimentar marinha que contém o desaparecimento local de um foraminífero bentónico, com uma datação por correlação bioestratigráfica aproximada de $\pm 1,5$ Ma.

1. a) Justifica qual das duas propostas reúne os requisitos geológicos formais para ser aprovada como GSSP (resolução, correlação global, isocronia e conservação), explicando as deficiências da proposta descartada.
2. b) Nas últimas décadas, a base do período Câmbrico foi reajustada desde cerca de $570$ Ma até se fixar em $538,8 \pm 0,2$ Ma. Explica que avanços nas técnicas de datação radiométrica (p. ex., ID-TIMS em zircões vulcânicos intercalados) e na icnoestratigrafia (Treptichnus pedum) permitiram afinar esta data sem modificar a ordenação relativa prévia das camadas.
3. c) Rebate a afirmação de um detrator da geologia: «O facto de a idade do Câmbrico ter mudado várias vezes demonstra que os métodos de datação carecem de rigor e que a Escala do Tempo Geológico não passa de uma convenção arbitrária».

Em março de 2024, a União Internacional de Ciências Geológicas (IUGS) rejeitou por ampla maioria a proposta de formalizar o «Antropoceno» como uma nova época do período Quaternário com um GSSP situado em 1952 (marcado pelo pico de radioisótopos artificiais dos ensaios termonucleares nos sedimentos do lago Crawford, Canadá).

1. a) Analisa as objeções estratigráficas de peso que justificaram esta decisão: por que razão restringir o Antropoceno aos últimos 70 anos ignora a profunda diacronia da pegada humana global (inícios da agricultura neolítica, desflorestação maciça, revolução industrial) e colide com o princípio estratigráfico de isocronia aplicável a unidades de categoria de época?
2. b) Compara a preservação potencial no registo litológico futuro (à escala de dezenas de milhões de anos) do pulso radioativo de $^{239}\text{Pu}$ e dos chamados «tecnofósseis» (plásticos, betão) face a marcadores de limites geológicos clássicos como as camadas de irídio ou as extinções biológicas globais.
3. c) Defende por que motivo catalogar o impacto humano como um «evento geológico complexo» (análogo à Grande Oxigenação ou às crises de anóxia oceânica) é uma solução metodologicamente mais sólida do que forçar a sua definição como época formal com um prego de ouro pontual.

Em debates de divulgação costuma comparar-se a longevidade dos dinossauros não avianos (~$160$ Ma) com a da nossa espécie (Homo sapiens, ~$0,3$ Ma) para avaliar o «sucesso evolutivo».

1. a) Identifica e desarticula o erro conceptual e taxonómico de comparar a duração de um clado completo de categoria superior (Dinosauria, com centenas de géneros e linhagens sucessivas) com a longevidade de uma única espécie biológica. Compara a idade atual de Homo sapiens com a longevidade média de uma espécie de mamífero no registo fóssil cenozoico (~$1$ a $2$ Ma) e avalia se a nossa espécie atingiu ou não a sua esperança evolutiva expectável.
2. b) Explica dois mecanismos macroevolutivos (plasticidade adaptativa, diversificação trófica e redundância ecológica) que permitiram aos dinossauros recuperar e radiar após a extinção em massa do Triássico-Jurássico, e compara-os com a vulnerabilidade intrínseca de uma biosfera atual ultra-homogeneizada que depende de uma única espécie dominante.
3. c) Desenha duas hipóteses evolutivas fundamentadas sobre o destino estratigráfico da humanidade nos próximos 5 milhões de anos: uma que contemple a cladogénese/especiação e outra que contemple a extinção biológica terminal sem descendência, detalhando em cada caso as pressões de seleção e condições de isolamento que a tornariam possível.

O registo estratigráfico pós-extinção em massa mostra que, após o colapso do final do Pérmico, a biosfera demorou entre 5 e 10 milhões de anos a recuperar os níveis basais de riqueza taxonómica e complexidade estrutural. Durante o Triássico inferior observa-se o «efeito Lilliput» generalizado, a proliferação maciça de «táxones de desastre» como o sinápsido Lystrosaurus e um prolongado «vazio recifal» de vários milhões de anos sem bioconstruções de coral.

1. a) Raciocina ecologicamente por que razão a recuperação da diversidade não ocorre de forma explosiva imediata apesar de ficarem vazios milhares de nichos ecológicos, detalhando o papel da degradação dos ciclos biogeoquímicos e a rutura de redes tróficas multinível.
2. b) Explica as adaptações fisiológicas e de estratégia ecológica (estrategas do r vs K, generalistas vs especialistas) que convertem organismos como Lystrosaurus nos dominantes de um planeta em crise e provocam a redução temporária do tamanho dos indivíduos (efeito Lilliput).
3. c) Se a atual extinção antropogénica colapsasse os recifes de coral e as florestas tropicais húmidas, estima quantas gerações humanas ($1\ \text{geração} \approx 25\ \text{anos}$) seriam necessárias para que a biosfera regenere estruturas ecológicas de complexidade equivalente a partir de uma escala de recuperação de 5 milhões de anos. Extrai uma conclusão sobre por que motivo considerar as decisões de conservação sob a perspetiva do tempo geológico anula a viabilidade da gestão a curto prazo.

Desafio do tema. Que história contam as rochas sob os teus pés? Torna-te divulgador do Laboratório Nacional de Energia e Geologia (LNEG) e reconstrói a memória geológica do teu meio envolvente.

1. Obtenção de dados reais: Acede ao visualizador cartográfico do LNEG (cartografia geológica de Portugal). Localiza o teu concelho (ou o Parque Natural mais próximo) e identifica duas formações rochosas adjacentes, anotando a sua litologia e a sua idade cronoestratigráfica (era, período ou época).

2. Escala temporal e cálculo: Situa ambas as formações na escala do tempo geológico. Calcula que fração percentual da história terrestre ($4\,560\text{ Ma}$) representa a rocha mais antiga ($t$ em $\text{Ma}$), aplicando $\% = (t / 4\,560) \times 100$ com um arredondamento de pelo menos uma casa decimal (por exemplo, $12,5\,\%$).

3. Proposta fundamentada: Redige um relatório breve onde argumentes que princípios estratigráficos de datação relativa (sobreposição, interseção ou fósseis de idade) permitiriam ordenar os acontecimentos geológicos locais, e seleciona um método de datação absoluta radiométrica (como $^{40}\text{K}/^{40}\text{Ar}$ ou $\text{U-Pb}$) justificando a sua adequação segundo a litologia e a antiguidade estimada.

Será valorizado:

• Rigor ao extrair e interpretar os dados litológicos e temporais a partir do visualizador cartográfico do LNEG.

• Correção e precisão matemática na contextualização das idades sobre a escala temporal.

• Justificação coerente dos métodos de datação relativa e absoluta propostos segundo o contexto geológico.