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A História da Terra

Os objetivos deste capítulo são:

  • Explicar diferentes modos de preservação fóssil
  • Identificar o modo de preservação para amostras

Todos sabem o que é um fóssil! Então, como você define este termo? Neste laboratório, vamos defini-lo para significar qualquer evidência para a existência de vida pré-histórica. O que é difícil de definir nesta definição é o que se entende por pré-histórico. Você consideraria os corpos preservados em Pompéia como fósseis ou que tal os restos de um mastodonte congelado do Pleistoceno que foi preservado suficientemente bem para ser comido? Alguns dizem que qualquer coisa com mais de 11.000 anos é um fóssil, mas esta parte da nossa definição é uma questão de semântica. Um bom lugar para aprender mais sobre fósseis e fossilização é o Atlas Digital da Vida Antiga.

Começamos este capítulo sobre como os organismos se fossilizam com um exercício rápido. A Figura 6.1 contém três organismos diferentes.

Figure 6.1 – a) Vermes, b) Algas gigantes; c) Conchas de mexilhão. Crédito da imagem: a) Soil-Net, CC BY-NC-SA; b) NPS, Domínio Público; c) Linnaea Mallette, Domínio Público.
  1. Que organismo na Figura 6.1 você acha que tem maior chance de se tornar um fóssil e por quê?

  2. Que organismo você acha que tem maior chance de deixar para trás um fóssil vestígio? ____________________

6.2 Tipos de Preservação

Os fósseis são preservados por três métodos principais: partes moles ou duras inalteradas, partes duras alteradas e vestígios de fósseis. Você já aprendeu sobre vestígios de fósseis no Capítulo 4. Tafonomia é a ciência de como os organismos se decompõem e se tornam fossilizados, ou transição da biosfera para a litosfera.

Fósseis inalterados são incrivelmente raros, exceto como capturados no âmbar, presos no alcatrão, secos ou congelados como um mamute lã de lã preservada. O âmbar é a resina de árvore fossilizada que pode aprisionar flores, vermes, insetos, assim como pequenos anfíbios e mamíferos. O pai de um dos autores foi parte de uma operação de dragagem de mineração de ouro que desenterrou um bezerro mamute de lã (apelidado de Effie) no Alasca; este foi o primeiro mamute mumificado a ser descoberto na América do Norte. Embora tenha sido enterrado há cerca de 21.300 anos, ainda é constituído por tecido e cabelo. Às vezes, apenas resíduos orgânicos são deixados para trás e são detectados por técnicas bioquímicas moleculares. Os fósseis mais antigos da Terra só são preservados como moléculas orgânicas complexas.

O tecido mole é difícil de preservar, pois precisa ter sido enterrado em um ambiente sedimentar livre de oxigênio e de baixa energia, onde a decomposição bacteriana não pode ocorrer. Como estas condições são pouco comuns, a preservação dos tecidos moles raramente acontece. Em vez disso, exemplos comuns de fósseis inalterados são materiais esqueléticos que foram preservados com pouca ou nenhuma alteração. Muitos fósseis de invertebrados marinhos e microfósseis foram preservados desta forma. Os paleontólogos estão agora a olhar mais de perto para os fósseis e começam a reconhecer as camadas finas de carbono na rocha ao redor dos fósseis como tecidos moles. Recentemente, uma equipe liderada por Mark Norell, um paleontólogo do Museu Americano de História Natural em Nova York, identificou uma camada de carbono ao redor de embriões de dinossauros formados há mais de 200 milhões de anos que eles pensam ser uma concha de ovo macio!

Fósseis inalterados contêm minerais que foram produzidos biologicamente; estes incluem apatita (em ossos e dentes e raramente em exoesqueletos, dureza = 5), calcita (carbonato de cálcio encontrado em muitos organismos como conchas, dureza = 3, efervescência em ácido), aragonite (semelhante à calcita, mas um polimorfo instável) e opala (um tipo de sílica encontrada em animais e plantas marinhas, dureza = 7). As partes duras (exoesqueleto) de alguns insetos e artrópodes são feitas de quitina, um polissacarídeo relacionado com a celulose. Assim, se você pode identificar os minerais presentes em um fóssil, você pode distinguir se é material original ou alterado.

Alteração das partes duras é muito mais comum em fósseis e acontece quando o material esquelético original é permineralizado, recristalizado, substituído, carbonizado, ou dissolvido (Tabela 6.1).

Tabela 6.1 – Tipos comuns de preservação fóssil
Tipo de preservação Exemplo
A permineralização ocorre em tecido poroso como osso e madeira. Neste tipo de preservação, minerais dissolvidos em água como quartzo, calcite ou pirita permineralizam o espaço poroso e cristalizam. A adição destes minerais resulta em fósseis mais densos e mais duráveis. O material original de osso ou madeira pode ser preservado, ou pode ser substituído ou recristalizado
Figure 6.2 – Madeira petrificada do Parque Nacional da Floresta Petrificada, AZ. Crédito da imagem: Jon Sullivan, Domínio Público.
Recristalização envolve uma mudança na estrutura cristalina, mas não uma mudança na química mineral, semelhante à recristalização em rochas metamórficas. Por exemplo, o mineral aragonite, um mineral comum de muitas conchas, às vezes muda para calcite, uma forma geologicamente mais estável da mesma composição química, CaCO3 (também conhecido como polimorfe). Tipicamente, o tamanho e forma geral de um fóssil recristalizado não varia substancialmente da amostra original inalterada, mas detalhes finos podem ser perdidos.
Figure 6.3 – Coral recristallized, silurian-age coral de Ohio. Crédito da imagem: James St. John, CC BY.
Substituição é a substituição do material esquelético original por um mineral secundário. Por exemplo, a calcite de uma concha de ostra pode ser substituída por sílica em uma base molécula por molécula. Notavelmente, o fóssil substituído pode reter alguns dos finos detalhes celulares presentes no original, embora a sua composição tenha mudado. Neste tipo de fossilização, o espaço poroso não é preenchido e os fósseis não são tão densos. Os minerais substitutos mais comuns são sílica (quartzo), pirita, dolomita e hematita. A substituição por pirita cria alguns fósseis espetaculares, especialmente aqueles hospedados por xistos negros!
Figure 6.4 – Fósseis Permain Médios substituídos por sílica da Formação Road Canyon no Texas. Crédito da imagem: Wilson44691, CC BY-SA.
Carbonização é um tipo de preservação fóssil em que o organismo é preservado como uma película residual e fina de carbono em vez da matéria orgânica original. Folhas, peixes e graptolitos são comumente preservados desta forma. A compressão do organismo original resulta em camadas finas de carbono. A carbonização também pode resultar na formação de carvão.
Figure 6.5 – Carbonização de graptolitos de idade siluriana da Polônia. Crédito da imagem: James St. John, CC BY.
Moldes e fundições se formam quando o material original do esqueleto se dissolve. O organismo deixa uma impressão no sedimento, chamada molde, e se essa impressão se enche de novo sedimento, cria um molde. Os moldes são feitos de moldes.
Figure 6.6 – Um molde (esquerda) e molde (direita) de um fóssil trilobite. Crédito da imagem: Roger Wellner.
Formam-se moldes internos quando o sedimento preenche o interior de uma concha antes de se dissolver; isto ocorre no interior de bivalves, caracóis, ou crânios. Muitas vezes, as pessoas confundem moldes e moldes internos porque ambos têm alívio positivo. Os moldes internos preservam um molde tridimensional do interior do organismo, enquanto que um molde vai preservar a estrutura da parte mais externa do organismo.
Figure 6.7 – Dissolução de um gastrópode que deixou um molde interno do organismo. Crédito da imagem: James St. John, CC BY.

Traçar fósseis, que discutimos no Capítulo 4, não são realmente fósseis, mas a evidência de que os organismos afetaram o sedimento por enterrar, caminhar, ou mesmo deixar para trás excrementos ou vômitos. Não brinca, há cocó fóssil; este tipo de fóssil vestígio é chamado de “coprolite”, da palavra grega kopros, que significa esterco. Um último tipo raro de vestígio fóssil são os gastroliths, pedras extremamente lisas e polidas que auxiliavam a digestão em animais e fósseis, como dinossauros e crocodilos. Estes são mais altamente polidos do que cascalho gasto no riacho.

Figure 6.8 – Diferentes partes dos organismos comparados com a forma como podem ser preservados como fósseis. Os círculos verdes são tipos comuns de fossilização, os verdes claros, os círculos pontilhados são menos comuns, e os círculos verdes claros são incomuns a formas raras. Este gráfico é modificado de Ritter e Peterson (2015).
Figure 6.9 – Tipos de fossilização incluindo alteração e substituição da casca original. Siga as setas de caixa em caixa para ver como diferentes processos podem resultar em moldes e fundições. A cor marrom é uma rocha sedimentar. O padrão aleatório representa carbonato recristalizado e o padrão pontilhado representa minerais secundários tais como sílica ou pirita. Crédito da imagem: Shell mostrando linhas de crescimento e estrutura interna adaptadas de Casella et al., 2017 e processos de fossilização adaptados de Ritter e Peterson (2015).

Este modelo mostra uma concha fóssil preservada à direita (não um molde, original) e um molde externo à esquerda do cefalópode amonóide Gunnarites sp. do Cretáceo Lopez de Bertodano Formation of Snow Hill Island, Antártida. O espécime fóssil é das coleções do Instituto de Pesquisa Paleontológica, Ithaca, Nova Iorque. O diâmetro do espécime (não incluindo rocha circundante) é de aproximadamente 9 cm.

Cephalopod: Gunnaritas sp. (PRI 61543)
pelo Atlas Digital da Vida Antiga
pelo Sketchfab

Este é um exemplo de um molde interno (1) e externo (2) do gastrópode Cassidaria mirabilis do Cretáceo de Snow Hill Island, Antárctida. O espécime é das coleções do Paleontological Research Institution, Ithaca, New York, e tem aproximadamente 6 cm de comprimento (não incluindo a rocha circundante).

Gastropod: Cassidaria mirabilis (PRI 58468)
pelo Atlas Digital da Vida Antiga
no Sketchfab

Outros modelos 3-D sobre preservação fóssil podem ser encontrados no Atlas Digital da Vida Antiga.

Se alguma vez um amigo lhe pedir para ajudar a identificar um fóssil, cuidado com os pseudofósseis, acidentes de diagênese que parecem fósseis mas são apenas formações sedimentares estranhas como nódulos septarianos que são confundidos com pele de réptil ou casca de tartaruga, concreções são confundidas com ovos, e dendritos de óxido de manganês que são confundidos com samambaias ou musgo.

6.3 Manuseio de fósseis

Se você estiver tomando este laboratório quando o ensino é face a face em um ambiente de laboratório, você será capaz de lidar com espécimes reais e réplicas de fósseis. Embora estes possam existir há milhões ou bilhões de anos e pareçam ser agora rochas, eles precisam ser tratados com respeito. Alguns dos fósseis que você pode manusear podem ser o único espécime de seu tipo na coleção.

Se você se perguntou como começar sua própria coleção de fósseis, você pode começar a encontrar a sua própria coleção ou comprá-los. O preço dos fósseis para venda varia de barato a escandalosamente caro. Em 2020, um colecionador anônimo comprou um Tyrannosaurus rex fóssil, apelidado de Stan, por 31,85 milhões de dólares. Este exemplar tinha apenas 188 ossos e era um dos mais completos da sua espécie. Você também pode encontrar fósseis baratos como os caracóis fossilizados de Marrocos por apenas $0,30 cada um.

Alguns fósseis são extremamente frágeis. Algumas amostras delicadas são preparadas por abrasão do ar com pó de talco para remover a matriz. Para alguns espécimes de trilobite, isso leva milhares de horas para expor suas características delicadas.

alguns fósseis que você usará podem ser fáceis de substituir e outros impossíveis. Outros podem ser parte da coleção pessoal de um membro da faculdade. Somente manuseie os espécimes que a sua TA diz que você pode.

Os fósseis só estarão disponíveis para você examinar durante a sessão de laboratório. Durante a recente pandemia, muitos exemplos semelhantes são coletados como imagens da web que sua AT lhe dará um link para.

Você está livre para fazer esboços ou fotografar os espécimes. Se você fizer isso, você pode querer colocar uma escala na imagem, como uma moeda ou uma régua. Isso o ajudará a lembrar o tamanho do objeto.

Alguns dos espécimes terão etiquetas ou números escritos neles e outros não, pois eles podem ser frágeis demais para serem escritos. É crucial que você coloque cada espécime de volta em sua própria caixa ou localização em uma bandeja de laboratório. Além disso, não mova nenhuma das etiquetas de papel das caixas. Isto evitará confusão para outros alunos de laboratório.

alguns dos espécimes maiores podem ser pesados, especialmente aqueles que são moldes cheios de sedimentos. Nunca tente arranhar os espécimes por causa da sua dureza. Além disso, nunca use ácido como teste mineral.

Finalmente, se você quebrar ou roubar uma amostra, você será cobrado pela sua substituição.

Inspeccione o primeiro conjunto de amostras e preencha a tabela com informações sobre a presença de material biológico original, relevo positivo e negativo, e composição mineral das amostras. Identificar o modo de preservação dos fósseis. Use o fluxograma da Figura 6.10 para ajudar.

Figure 6.10 – Fluxograma para identificar o tipo de preservação fóssil. Crédito da imagem: Carlos Andrade.
Tabela 6.1 – Planilha do Exercício 6.2
Amostra Material Original Presente? Relief* Composição Mineral* Tipo de Preservação
>

*Nota que você pode não ver o relevo ou ser capaz de identificar o mineral. Deixe estes em branco se necessário.

Pensamento Crítico: Porque é a substituição o modo de preservação mais comum?

A forma como um organismo se pode fossilizar depende de muitas coisas. Abaixo estão alguns exemplos para pensar.

  1. Examine um molde externo em sua coleção fóssil. Estes normalmente preservam detalhes como as veias nas folhas ou escamas dos peixes.
    1. Qual é o tamanho do grão da rocha circundante? ____________________
    2. Pensa que estas impressões poderiam ser preservadas em sedimentos granulados grosseiros?

  2. Vejam alguns exemplos de carbonização. Neles, a matéria escura é o remanescente de carbono orgânico que nunca foi oxidado (decomposto). Em que condições pode ocorrer este tipo de preservação?

  3. Sua coleção fóssil pode ter graptolitos; um organismo planctônico, colonial extinto que segregou uma casca orgânica de quitina semelhante à sua celulose. Estas colónias são geralmente preservadas como impressões bidimensionais, quase sempre pretas (indicando carbonização da quitina).
    1. Que tipo de rochas são mais adequadas para encontrar graptolitos?

    2. Quais foram as condições de enterramento?

  4. Alguns ossos e dentes podem ser preservados, como ossos inalterados ou dentes de tubarão.
    1. Como você distinguiria estes de ossos fósseis permineralizados?

    2. Posso permineralizar vidro de madeira?

  5. Agora considere a ampla gama de ambientes sedimentares.
    1. Que ambientes sedimentares não são adequados para a preservação de fósseis?

    2. Que ambientes sedimentares são bons para preservar fósseis?

    3. Que ambientes deposicionais dentro de ambientes continentais e marinhos são melhores para preservar fósseis? Explique.

    4. As erupções vulcânicas podem preservar os fósseis? Explique.

    5. Como a energia do ambiente sedimentar pode afetar a preservação dos fósseis?

    6. Pode você encontrar fósseis em rochas metamórficas? Se sim, que factores ajudam na sua preservação?

  6. Pensamento Crítico: Há mais invertebrados do que fósseis de vertebrados neste exercício de laboratório. Explique porque isto é.

Durante o tempo Permiano, há 299 a 252 milhões de anos, um extenso sistema de recifes cresceu no oeste do Texas, na borda de uma pequena bacia marítima interior que se estendia por 26.000 km² (10.000 milhas quadradas). Agora é chamada de bacia do Delaware, lar de um grande campo petrolífero (Figura 6.11). Este recife está agora exposto em três cadeias de montanhas; Apache, Guadalupe e Montanhas de Vidro. Em outro lugar, o recife está agora enterrado ao redor de toda a borda da bacia.

Figure 6.11 – Mapa do recife pérmico exposto e não exposto que circundava a bacia de Delaware, um mar interior. Crédito da imagem: Adaptado por Virginia Sisson do National Park Service.

Recifes de corais modernos, como a Grande Barreira de Corais da Austrália ou os recifes da costa da Flórida e Belize, foi construído a partir de esponjas, algas e animais rendilhados chamados bryozoa. Uma magnífica exposição deste recife é o El Capitan, no Parque Nacional das Montanhas Guadalupe. O recife é subdividido em três partes: recife traseiro, recife e recife dianteiro. Cada um tinha o seu ecossistema único, assim como litologia e preservação. A parte profunda desta bacia atingiu profundidades de quase 800 metros (½ milha) e é onde muita matéria orgânica foi depositada deixando xistos negros – a fonte de petróleo.

Figure 6.12 – Corte transversal esquemático através de um recife mostrando o recife traseiro, recife e recife dianteiro, bem como a bacia marinha. Crédito da imagem: Adaptado por Virginia Sisson do Sistema de Parque Nacional.

O mar interior de Delaware tinha uma estreita saída para o oceano Panthalassan muito parecido com o Mar Negro hoje em dia. Após ~30 milhões de anos, a entrada ficou restrita e a bacia começou a secar formando extensos depósitos de evaporito (Formações Castille e Salado). Isso criou salmouras supersaturadas e ácidas que começaram a dissolver o recife de carbonato subjacente formando extensas cavernas e cársis que agora você pode visitar no Parque Nacional de Carlsbad Caverns e na Caverna Lechuguilla – a 8ª caverna mais explorada do mundo a ~220 km ou 138 milhas de comprimento. Estas salmouras também dissolveram as esponjas ricas em sílica que formaram o recife e afetaram a preservação fóssil em partes deste sistema de recife pérmico.

A estratigrafia desta bacia é complicada, pois não só varia com o tempo, mas também com a posição no recife. De acordo com análises estratigráficas de sequência recente, houve até seis sequências transgressivas a regressivas nesta bacia (Kerans e Kempter, 2002). A Figura 6.13 dá uma estratigrafia simplificada para a bacia durante o Permian.

Figure 6.13 – Estratigrafia simplificada para a Bacia de Delaware. Crédito da imagem: Simplificada por Virginia Sisson de Kerans e Kempter (2002).

Fósseis na Formação Capitana das Montanhas do Vidro são preservados de forma única (ver Figura 6.4). Paleontólogos descobriram que é fácil dissolver o carbonato hospedeiro em ácido fraco e deixar para trás espécimes espetaculares.

Figure 6.14 – Fósseis da Formação Capitã das Montanhas de Vidro. a) texto aqui; b) texto aqui; c) texto aqui; d) texto aqui. Crédito da imagem: a) usuário da Wikimedia Wilson44691, CC0 Domínio Público; b) texto aqui; c) usuário da Wikimedia Wilson44691, CC0 Domínio Público; d) texto aqui
  1. O mineral nestes fósseis é mais duro que o vidro e não efervesce, pois não é mais um carbonato. Algumas vezes este mineral é apenas um revestimento e outras vezes todo o fóssil é este novo mineral.
    1. O que é o mineral? ____________________
    2. Qual é o modo de preservação para estes fósseis? ____________________
    3. Os fluidos estavam envolvidos na sua preservação? Se sim, qual foi a sua composição?

    4. Por que você acha que este tipo de preservação é encontrado nesta unidade estratigráfica.

    5. Que parte do recife foram encontrados estes fósseis? Recife traseiro, recife, recife dianteiro ou bacia? ____________________

      6. >

  2. Else em outro lugar na Formação do Rancho Skinner das Montanhas de Vidro, os fósseis incluem esta espantosa espantosa espiral de dentes serrados de uma criatura extinta como o tubarão, conhecida como Helicoprion.
    1. Em que tipo de sedimento este fóssil é encontrado? ____________________
    2. Qual é este modo de preservação para este fóssil? ____________________
    3. Onde no recife vivia o Helicóptero? Recife traseiro, recife, recife dianteiro, ou bacia? ____________________
  3. Nas montanhas de Guadalupe, você pode encontrar espessas camadas de carbonato com muitos fósseis como estes:
    1. Qual é o mineral? ____________________
    2. Qual é o modo de preservação para estes fósseis? ____________________
    3. Os fluidos estavam envolvidos na sua preservação? Se sim, qual foi a sua composição?

    4. Por que você acha que este tipo de preservação é encontrado nesta unidade estratigráfica.

    5. Que parte do recife foram encontrados estes fósseis? Recife traseiro, recife, recife dianteiro ou bacia? ____________________
  4. Pensamento Crítico: Resuma as suas observações sobre os modos de preservação em diferentes partes do sistema de recife pérmico. Você pode explicar porque a preservação é a mesma ou diferente ao redor do antigo recife?

Casella, L.A., Griesshaber, E., Yin, X., Ziegler, A., Mavromatis, V., Müller, D., Ritter, A.-C., Hippler, D., HarperE.M/, Dietzel, M., Immenhauser, A., Schöne, B.R., Angiolini, L., e Schmahl, W.W., 2017, Biogeosciences, 14, 1461-1492, doi:10.5194/bg-14-1461-2017.

Kerans, C., e Kempter, K., 2002, Hierarchical stratigraphic analysis of a carbonate platform, Permian of the Guadalupe Mountains: The University of Texas at Austin, Bureau of Economic Geology (American Association of Petroleum Geologists/Datapages Discovery Series No. 5), CD-ROM.

Norell, M.A., Weimann, J., Fabbri, M., Yu, C., Marsicano, C.A., Moore-Nall, A., Varricchio, D.J., Pol, D., e Zelinitsky, D.A., 2020, O primeiro ovo de dinossauro foi macio. Nature, 583, 406-410, Publicado online em 17 de junho de 2020. doi: 10.1038/s41586-020-2412-8

Ritter, S., e Peterson, M., 2015, Interpretando a História da Terra: A Manual in Historical Geology, Oitava Edição, Waveland Press Inc., M., 2015, 291 pp.

um animal sem espinha dorsal como uma amêijoa ou verme

um animal com uma espinha dorsal como um cão ou gato

um período geológico que se estende por 47 milhões de anos no final da era Paleozóica, a partir do final do período Carbonífero (298.9 Ma) ao início da era Mesozóica com o período Triássico (251,902 Ma)

organismos multicelulares com corpos cheios de poros permitindo a circulação de água através deles. Eles são feitos de colágeno e alguns têm espículas ricas em sílica.

um tipo de animais invertebrados aquáticos. São alimentadores filtrantes que extraem partículas de alimento da água usando tentáculos.

um super oceano que rodeava todo o supercontinente Pangea

um tipo de sedimento que consiste em minerais solúveis em água depositados após concentração e cristalização por evaporação de uma solução aquosa

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