21Sedimentos e fósseis

O Grand Canyon, no Arizona (Estados Unidos), tem em média $1.6\,\mathrm{km}$ de profundidade. As suas paredes são feitas de camadas de rocha, uma em cima da outra, vermelhas, marrons, cinzentas e cor de creme. Na camada mais alta, o Calcário Kaibab, os guardas do parque mostram conchas: as conchas de braquiópodes, animais que viviam no fundo de um mar. Essa rocha se formou no fundo de um oceano, e hoje forma a borda do cânion, bem acima do nível do mar.

Como um monte de areia e de lama soltas vira rocha sólida? Como uma concha pode durar tanto tempo que acaba dentro de um penhasco? E o que as camadas e os fósseis nos contam sobre os lugares tal como eram há muito tempo?

O que você já sabe

As rochas são quebradas devagar em pedaços na superfície (intemperismo); a água, o vento e o gelo levam os pedaços embora (erosão) e os depositam onde eles desaceleram e param (deposição): os mais pesados primeiro, a lama fina só onde a água está quase parada (Capítulo 10). Uma rocha sedimentar se forma na superfície a partir de grãos de areia e de lama, ou de conchas, depositados em camadas e endurecidos: arenito, folhelho, calcário. O ciclo das rochas transforma devagar as rochas de cada família nas das outras (Capítulo 15).

21.1 Os sedimentos se depositam em camadas

Onde quer que a água, o vento ou o gelo larguem o que carregavam, um depósito solto se acumula: cascalho e areia no leito de um rio, lama no fundo de um lago, areia numa praia ou numa duna, conchas no fundo do mar.

Definição 21.1 (Sedimento)

Um sedimento é um material solto depositado pela água, pelo vento ou pelo gelo: cascalho, areia, lama, ou as conchas e os esqueletos de seres vivos. Ele se acumula no fundo dos rios, dos lagos e dos mares, e em terra, onde o vento ou o gelo o larga.

Os sedimentos se depositam numa ordem certa. Quando a água barrenta desacelera, os grãos maiores e mais pesados afundam primeiro, e os menores e mais leves por último. Cada vez que a água muda — uma enchente que traz areia, e depois semanas calmas em que só a lama fina chega ao fundo —, os grãos que se depositam também mudam, e uma nova camada começa. Pouco a pouco, o fundo de um lago ou de um mar se cobre de uma pilha de camadas, as mais velhas embaixo da pilha.

Definição 21.2 (Camada sedimentar)

Uma camada sedimentar, ou estrato (plural estratos), é uma lâmina de sedimento, ou da rocha em que ele se transformou, depositada de uma só vez. Ela tem uma base e um topo, e se distingue das camadas de cima e de baixo pelo tamanho dos seus grãos ou por aquilo de que é feita.

Os sedimentos se depositam a partir da água ou do ar, então eles ficam deitados na horizontal, como as páginas de um livro em cima de uma mesa. Quando encontramos camadas inclinadas ou dobradas, algo as moveu depois que elas se formaram. As camadas são a marca mais clara de uma rocha sedimentar: você as viu nas paredes do Grand Canyon.

No laboratório — Camadas num pote (em aula, com a professora)

Ponha um punhado de cascalho, dois punhados de areia e algumas colheradas de terra num pote de vidro alto; encha-o de água, feche-o bem e sacuda-o. Ponha o pote na mesa e observe durante alguns minutos: o cascalho chega ao fundo na hora, a areia um pouco depois, e a lama fina deixa a água turva durante horas. No dia seguinte, acrescente um pouco mais de terra e de areia, sacuda de leve e deixe assentar de novo. Quantas camadas você consegue contar? Que grãos ficam embaixo de cada uma?

21.2 Do sedimento à rocha

Uma camada não fica muito tempo por cima. Outras camadas se depositam sobre ela, e depois outras, e ela vai ficando enterrada cada vez mais fundo. Sob o peso das camadas de cima, os grãos são apertados uns contra os outros e a água entre eles é espremida para fora. A água que se infiltra pela pilha deixa minerais entre os grãos, um cimento natural que os gruda uns nos outros. Com muito tempo, com mais camadas se empilhando e lentas mudanças químicas, o sedimento solto do fundo da pilha vira rocha.

Cada tipo de sedimento dá a sua própria rocha.

A maior parte das rochas que você vê na superfície da Terra é sedimentar. A pilha de camadas que elas formam é o livro de história do lugar: cada camada é uma página, e as páginas mais velhas ficam embaixo.

21.3 Como se forma um fóssil

Definição 21.3 (Fóssil)

Um fóssil é o resto, ou o vestígio, de um ser vivo de muito tempo atrás, conservado na rocha. Alguns fósseis são as partes duras do corpo — uma concha, um osso, um dente, madeira — transformadas em pedra. Outros guardam só uma forma: um molde é a marca oca deixada na rocha onde uma concha ou um osso se dissolveu; um contramolde é a cópia que se forma quando um molde se enche de nova matéria mineral ou de sedimento. Um icnofóssil é um sinal do que um animal fez — uma pegada, uma toca, um rastro — e não uma parte do seu corpo.

Um fóssil começa a sua vida como um animal ou uma planta morta no fundo de um mar ou de um lago. Se ele fica descoberto, as bactérias o decompõem, e a água dissolve devagar o que sobra. Ele só tem chance se for enterrado depressa, embaixo de um sedimento que se deposita sobre ele e o isola. Depois, enquanto o sedimento vira rocha, a água que se infiltra pelas camadas traz minerais que preenchem cada buraquinho da concha ou do osso: ele vira pedra. Muito tempo depois, as camadas de cima podem ser desgastadas, e o fóssil aparece na superfície.

A maioria dos seres vivos não deixa nenhum fóssil. Os corpos moles apodrecem antes de poderem ser enterrados; até as conchas e os ossos se quebram ou se dissolvem se ficam muito tempo descobertos. O melhor lugar para virar fóssil é o fundo de um mar ou de um lago tranquilo, onde a lama fina se deposita sobre os restos e os protege. É por isso que os fósseis encontrados nas rochas são sobretudo conchas, e as conchinhas e os restos de plantas e animais microscópicos; os dinossauros, os fósseis mais famosos, são só uma parte muito pequena deles.

Às vezes, a própria concha não dura. Enterrada na areia, ela é dissolvida devagar pela água que se infiltra entre os grãos, e só sobra um oco, com a forma da concha impressa nas suas paredes: um molde. Se depois minerais se depositam no oco e o preenchem, eles fazem uma cópia da concha: um contramolde.

Os animais também deixam fósseis do que eles fizeram. Um animal que anda na lama mole e molhada da margem de um rio ou de uma praia deixa pegadas. A maioria é apagada pela onda seguinte ou pela cheia seguinte. Mas, se a areia as cobre antes de serem apagadas, a pegada é preenchida, a areia depois vira arenito, e, quando a rocha se parte ao longo da camada, ela mostra a pegada e, do outro lado, o seu contramolde.

A biologia usa os fósseis para acompanhar a longa história dos seres vivos. Neste livro, os fósseis são pistas de outro tipo: eles nos contam como era o lugar quando o animal vivia ali.

21.4 Camadas e fósseis, um registro do passado

Cada camada guarda as marcas do lugar onde foi depositada. Os recifes de coral crescem hoje em mares quentes, claros e rasos; as marcas de ondulação se formam na areia em águas rasas, na beira de um lago, de um rio ou de um mar; o carvão se formou a partir das plantas de antigas florestas e brejos; os braquiópodes, os crinoides e os trilobitas viviam só no mar. Quando as mesmas pistas são encontradas numa camada antiga, o lugar provavelmente era assim quando a camada se formou.

Método 21.4 (Ler uma camada)

1. Observe os grãos: os grãos grossos se depositam onde a água se move depressa, a lama fina só onde ela está calma.
2. Procure fósseis e marcas (corais, conchas, pegadas, marcas de ondulação, restos de plantas, carvão) e use a tabela acima.
3. Junte as pistas numa única imagem do lugar: terra ou mar, raso ou fundo, água calma ou em movimento.

Exemplo 21.5 (O alto do Grand Canyon)

O Calcário Kaibab, a camada mais alta do Grand Canyon, está cheio de conchas de braquiópodes e de pedaços de caule de crinoides, dois animais marinhos. Ele se formou no fundo de um mar. Hoje, a mesma camada fica a até cerca de $2700\,\mathrm{m}$ ($9000$ pés) acima do nível do mar: desde que ela se formou, a região inteira foi levantada.

Uma pilha de camadas pode ser desenhada como uma coluna: as camadas empilhadas na ordem em que se formaram, com a sua espessura em escala e as suas pistas anotadas ao lado. A coluna das Colinas de Varden, a região inventada dos exercícios desta coleção, está abaixo.

Observação 21.6 (Olhe, fotografe, deixe no lugar)

Em muitos lugares protegidos, é proibido levar um fóssil embora: no Grand Canyon, por exemplo, a lei proíbe desenterrar, mover ou levar qualquer fóssil. Um visitante que encontra um fóssil tira uma fotografia ou faz um desenho, deixa-o onde está, para os outros verem e para os cientistas estudarem, e avisa um guarda do parque.

No campo — Sedimentos que se depositam hoje

Numa praia, na beira de um lago ou na margem de um riacho, com um adulto, observe a areia embaixo da água rasa: a água em movimento a modela em ondulações, como as que ficaram guardadas no velho arenito. Deixe uma pegada na areia molhada perto da beira da água e observe o que as ondas seguintes fazem com ela. Depois de um dia de chuva, observe uma poça que secou: uma película fina de lama fina muitas vezes cobre a areia do seu fundo — os grãos mais finos se depositaram por último, quando a água estava parada. Desenhe o que você vê, e anote onde e quando.

21.5 Exercícios

Exercício 21.1 ★

Ligue cada palavra ao seu significado: sedimento; estrato; fóssil; molde; contramolde; icnofóssil. (a) Um oco deixado numa rocha onde uma concha se dissolveu. (b) Uma pegada ou uma toca conservada numa rocha. (c) Material solto depositado pela água, pelo vento ou pelo gelo. (d) Uma cópia de pedra feita quando um oco se enche de minerais. (e) Uma lâmina de sedimento depositada de uma só vez. (f) O resto ou o vestígio de um ser vivo de muito tempo atrás, conservado na rocha.

Solução

Solução de Exercício 21.1.

(a) molde; (b) icnofóssil; (c) sedimento; (d) contramolde; (e) estrato; (f) fóssil.

Exercício 21.2 ★

Ponha estas etapas em ordem, para contar como uma concha vira um fóssil na superfície: (a) a erosão desgasta as camadas de cima; (b) o animal morre no fundo do mar; (c) novas camadas se empilham e a concha vira pedra; (d) a lama cobre a concha depressa.

Solução

Solução de Exercício 21.2.

(b) o animal morre; (d) a lama cobre a concha depressa; (c) novas camadas se empilham e a concha vira pedra; (a) a erosão desgasta as camadas de cima.

Exercício 21.3 ★

Use a tabela das pistas. Onde cada camada se formou? (a) Um calcário cheio de corais. (b) Um arenito cuja superfície mostra marcas de ondulação. (c) Uma camada escura de carvão. (d) Um folhelho com marcas de folhas e a asa de uma libélula.

Solução

Solução de Exercício 21.3.

(a) Um mar quente, raso e claro. (b) Águas rasas, na beira de um lago, de um rio ou de um mar. (c) Uma floresta de pântano ou um brejo. (d) Terra firme, com plantas crescendo (e libélulas voando), perto de uma água onde a lama se depositou.

Exercício 21.4 ★

Verdadeiro ou falso? Corrija as falsas. (a) Todo animal que morre vira fóssil um dia. (b) Uma pegada pode ser um fóssil. (c) Quando a água barrenta desacelera, a lama fina se deposita primeiro. (d) Os sedimentos se depositam na horizontal.

Solução

Solução de Exercício 21.4.

(a) Falso: a maioria dos seres vivos não deixa fóssil; eles apodrecem ou se dissolvem antes de serem enterrados. (b) Verdadeiro: é um icnofóssil. (c) Falso: os grãos maiores e mais pesados se depositam primeiro, a lama fina por último. (d) Verdadeiro.

Exercício 21.5 ★★

Use a coluna das Colinas de Varden. (a) Dê a espessura do arenito, do calcário e do folhelho. (b) Qual é a espessura total deles? (c) Que porcentagem desse total é calcário? Arredonde para o número inteiro mais próximo. (d) Por que a coluna não dá nenhuma espessura para o giz?

Solução

Solução de Exercício 21.5.

(a) Arenito $120\,\mathrm{m}$, calcário $180\,\mathrm{m}$, folhelho $100\,\mathrm{m}$. (b) $120 + 180 + 100 = 400\,\mathrm{m}$. (c) $180 \div 400 = 0.45$: 45 %. (d) O seu topo foi desgastado pela erosão: o que sobra não é a camada inteira, e quanto sobra muda de um lugar para outro.

Exercício 21.6 ★★

Uma aluna sacode um pote de água com cascalho, areia e lama, e o deixa assentar. (a) Desenhe o pote no dia seguinte e identifique as camadas. (b) Por que a água ainda está turva depois de uma hora? (c) Ela acrescenta areia e lama de novo e deixa assentar. O que ela vê no fundo agora? (d) Que camada do pote se formou primeiro?

Solução

Solução de Exercício 21.6.

(a) De baixo para cima: cascalho, depois areia, depois lama por cima, embaixo da água clara. (b) Os grãos minúsculos de lama afundam muito devagar: eles ainda estão caindo depois de uma hora. (c) Uma segunda série de camadas por cima da primeira: areia, e depois lama de novo. (d) O cascalho, bem no fundo.

Exercício 21.7 ★★

Qual destes tem mais chance de virar fóssil, e qual tem menos? Explique. (a) Uma água-viva jogada numa praia de pedras. (b) Uma concha de caracol enterrada na lama de um lago calmo. (c) Um osso deixado durante anos numa planície árida. (d) Uma concha de marisco coberta de areia numa cheia de rio.

Solução

Solução de Exercício 21.7.

Mais chance: (b), uma concha dura, enterrada depressa embaixo de lama fina, em água calma. Depois, (d): a concha é dura e fica enterrada, mas uma cheia também pode movê-la e quebrá-la. Menos chance: (a), um corpo mole sem partes duras, sobre pedras onde nenhuma lama se deposita para cobri-lo. (c) não é muito melhor: o osso continua descoberto e é decomposto e desgastado.

Exercício 21.8 ★★

Uma concha é enterrada numa areia que vira arenito. A água que se infiltra pela rocha dissolve a concha completamente. (a) O que sobra na rocha? (b) Depois, minerais preenchem esse oco. O que se forma? (c) A própria concha ainda está lá? (d) Por que se encontram moldes e contramoldes mais vezes no arenito que no folhelho? (Pense em quão facilmente a água passa entre os grãos.)

Solução

Solução de Exercício 21.8.

(a) Um oco com a forma da concha impressa nas suas paredes: um molde. (b) Um contramolde, uma cópia de pedra da concha. (c) Não: a concha se dissolveu; o contramolde é feito de minerais novos. (d) A água passa facilmente entre os grãos grandes de areia, então ela consegue chegar até a concha e dissolvê-la; na lama fina, ela passa com muito menos facilidade.

Exercício 21.9 ★★

O Grand Canyon tem em média $1.6\,\mathrm{km}$ de profundidade. (a) Escreva essa profundidade em metros. (b) Suponha que as paredes do cânion fossem feitas de camadas de $80\,\mathrm{m}$ de espessura cada uma: quantas camadas caberiam da borda até o fundo? (c) Uma camada de $160\,\mathrm{m}$ é que porcentagem da profundidade?

Solução

Solução de Exercício 21.9.

(a) $1.6 \times 1000 = 1600\,\mathrm{m}$. (b) $1600 \div 80 = 20$ camadas. (c) $160 \div 1600 = 0.1$: 10 %.

Exercício 21.10 ★★

Encontram-se pegadas de dinossauros num arenito. (a) Os dinossauros andavam sobre rocha dura? Explique. (b) Por que a maioria das pegadas deixadas numa praia lamacenta desaparece? (c) O que precisou acontecer logo depois da passagem dos dinossauros para que as pegadas fossem conservadas? (d) Uma pegada é um fóssil do corpo ou um icnofóssil?

Solução

Solução de Exercício 21.10.

(a) Não: um pé só deixa uma pegada num chão mole, areia molhada ou lama; o chão virou rocha depois. (b) A onda ou a cheia seguinte as apaga. (c) Um novo sedimento precisou cobri-las e preenchê-las depressa, antes de elas serem apagadas. (d) Um icnofóssil: ela mostra o que o animal fez, e não uma parte do seu corpo.

Exercício 21.11 ★★★

Num lago, cada cheia deixa uma camada de areia de cerca de $2\,\mathrm{cm}$ de espessura, e as semanas calmas que vêm depois, uma camada de lama de cerca de $5\,\mathrm{mm}$ (dados de exercício). (a) Qual é a espessura, em milímetros, de um par de camadas? (b) Um testemunho tirado do fundo do lago tem $1\,\mathrm{m}$ de comprimento e é feito só desses pares. Quantas cheias ele registra? (c) Perto da foz do rio, as camadas de areia são mais grossas; longe dela, são mais finas. Explique por quê. (d) Por que há mais lama que areia longe da foz?

Solução

Solução de Exercício 21.11.

(a) $20 + 5 = 25\,\mathrm{mm}$. (b) $1000 \div 25 = 40$ pares: o testemunho registra 40 cheias. (c) A areia é pesada: ela se deposita logo depois que o rio entra no lago, perto da foz; só um pouco dela vai longe. (d) Longe da foz, só a lama fina ainda está na água: ela se deposita ali devagar, quando a água está calma.

Exercício 21.12 ★★★

Os fósseis encontrados nas rochas são sobretudo conchas e restos minúsculos; os fósseis de animais moles são raros, e os dinossauros são só uma parte muito pequena de todos os fósseis. (a) Explique por que as conchas são tão comuns. (b) Explique por que os animais moles são raros. (c) Uma cientista quer conhecer todos os animais que viviam num mar antigo. Os fósseis podem dar a lista completa? Explique.

Solução

Solução de Exercício 21.12.

(a) As conchas são duras: elas duram o bastante para serem enterradas, e muitos animais de concha viviam no fundo do mar, onde a lama se deposita sobre eles. (b) Os corpos moles apodrecem antes de poderem ser enterrados. (c) Não: os animais moles quase nunca deixam fósseis, então a lista feita a partir dos fósseis é incompleta; ela mostra sobretudo os animais com conchas ou ossos.

21.6 Problema: A coluna das Colinas de Varden

Problema 21.1

Problema de fim de semana — as camadas das Colinas de Varden são lidas uma por uma, os seus fósseis contam onde elas se formaram, e calcula-se o tempo necessário para empilhar o calcário

Use a coluna das Colinas de Varden deste capítulo. O seu arenito mostra marcas de ondulação e pegadas; o seu calcário guarda corais e conchas; o seu folhelho é feito de grãos muito finos, com amonites; o giz do alto foi em parte desgastado.

Parte I — Ler as camadas.

1. Liste as quatro camadas, da primeira depositada até a última.
2. Dê a espessura do arenito, do calcário e do folhelho, e o total delas.
3. Que porcentagem desse total é calcário?
4. Por que ninguém consegue dizer qual era a espessura do giz quando ele se formou?

Parte II — Os fósseis que elas guardam.

5. Onde se formou o arenito? Dê duas pistas.
6. Onde se formou o calcário? Dê a pista.
7. O folhelho é feito de grãos muito finos. A água estava calma ou em movimento quando ele se depositou? Explique.
8. Conte a história do lugar em três frases, do arenito até o folhelho.

Parte III — Quanto tempo levou.

9. Escreva a espessura do calcário em centímetros.
10. Suponha que o arenito se empilhou à razão de $1\,\mathrm{cm}$ a cada 20 anos. Quantos anos levaram os seus $120\,\mathrm{m}$?
11. Suponha que o calcário se empilhou à razão de $1\,\mathrm{cm}$ a cada 100 anos. Quantos anos levou $1\,\mathrm{m}$ de calcário?
12. Quantos anos levaram os $180\,\mathrm{m}$ de calcário? Quantas vezes mais que o arenito isso dá?

Solução

Solução de Problema 21.1.

1. Arenito, calcário, folhelho, giz (o primeiro embaixo da coluna).

2. $120\,\mathrm{m}$, $180\,\mathrm{m}$ e $100\,\mathrm{m}$; total de $400\,\mathrm{m}$.

3. $180 \div 400 = 0.45$: 45 %.

4. O seu topo foi desgastado: a parte de cima da camada desapareceu, e ninguém consegue medir o que não está mais lá.

5. Em águas rasas, na beira de um lago, de um rio ou de um mar: as marcas de ondulação se formam na areia em águas rasas, e as pegadas ficam na areia ou na lama mole e molhada, muitas vezes numa praia.

6. Num mar quente, raso e claro: os corais.

7. Calma: a lama fina só se deposita onde a água está quase parada.

8. Primeiro, o lugar era uma praia, com águas rasas e areia mole onde animais andavam. Depois, o mar o cobriu: um mar quente e raso onde cresciam corais e se empilhavam conchas. Mais tarde, a água ficou mais calma, talvez mais funda, e só a lama fina se depositou, com as conchas de amonites, animais parentes das lulas e dos polvos.

9. $180 \times 100 = 18\,000$ cm.

10. $120~\text{m} = 12\,000$ cm, e $12\,000 \times 20 = 240\,000$ anos.

11. $1~\text{m} = 100$ cm, e $100 \times 100 = 10\,000$ anos.

12. $180 \times 10\,000 = 1\,800\,000$: cerca de 1 800 000 anos, quase dois milhões de anos. Isso dá $1\,800\,000 \div 240\,000 = 7.5$ vezes mais tempo que o arenito.