As Duas Grandes Glaciações: Sobreviver nos Oceanos de uma Terra Gelada

Os Períodos Glaciais na História da Terra

A Terra conheceu dois grandes períodos glaciais ao longo da sua história: a glaciação huroniana há cerca de 2,4 a 2,1 mil milhões de anos e a glaciação criogénica entre 720 e 635 milhões de anos. Estes eventos transformaram o nosso planeta numa "bola de neve", com temperaturas médias a descer até \(-50^\circ\mathrm{C}\).

A Glaciação Huroniana: Uma Terra Congelada

A glaciação huroniana é considerada a primeira grande era glacial global do nosso planeta. Ocorreu no Arqueano superior (2,8–2,5 Ga) e no início do Proterozóico (2,5–2,0 Ga), marcando uma transformação radical do clima terrestre.

As evidências geológicas provêm principalmente de depósitos glaciais encontrados na região do lago Huron, no Canadá, de onde vem o nome deste episódio climático maior. Observam-se tilitos, estrias glaciais e camadas ricas em óxidos, testemunhos de um clima extremo.

As causas da glaciação huroniana

Vários fatores convergentes são invocados:

• A Grande Oxigenação, há cerca de 2,4 mil milhões de anos, levou a uma diminuição do metano atmosférico (CH₄), um potente gás de efeito de estufa.
• O aumento do oxigénio (O₂) oxidou o metano em CO₂, reduzindo o efeito de estufa global.
• Uma diminuição da atividade solar (o Sol tinha então ~85% da sua luminosidade atual) amplificou a instabilidade climática.

O resultado foi uma "Terra bola de neve", onde os oceanos estavam quase totalmente cobertos de gelo, com extensão glacial até às regiões equatoriais.

Impacto na biosfera primitiva

Apesar das condições extremas, a vida não desapareceu. Os microrganismos fotossintéticos, já presentes, sobreviveram em refúgios oceânicos sob o gelo, provavelmente perto de fontes hidrotermais.

Esta glaciação também terá contribuído para uma seleção biológica massiva e para o surgimento de uma biosfera melhor adaptada às variações climáticas. Marca assim uma etapa crítica na evolução da vida.

Legado geológico e atmosférico

Após cerca de 300 milhões de anos, a glaciação huroniana terminou, deixando para trás um planeta profundamente transformado. O oxigénio tinha-se acumulado de forma estável na atmosfera, abrindo caminho para a respiração aeróbica e para a evolução de organismos mais complexos.

A Terra acabara de experimentar a sua primeira mudança climática global, um fenómeno que se repetiria várias vezes ao longo da sua história.

Mecanismos das Glaciações: Forçamentos, Retroações e Limiares Climáticos

O balanço radiativo

O clima terrestre obedece ao balanço radiativo global, que depende da constante solar, do albedo planetário e da temperatura da superfície. Os gases de efeito de estufa modificam este balanço ao reter uma fração da radiação infravermelha. Qualquer variação na sua concentração resulta em sensibilidade climática, expressa pelo forçamento radiativo (ΔF).

Os ciclos orbitais de Milankovitch

As glaciações do Quaternário estão fortemente correlacionadas com as variações da órbita terrestre:

• Excentricidade (~100.000 anos): modifica a forma elíptica da órbita e a insolação anual média.
• Obliquidade (~41.000 anos): varia a inclinação do eixo terrestre, controlando a sazonalidade dos polos.
• Precessão (~21.000 anos): determina a posição das estações em relação ao periélio e ao afélio.

Estes ciclos, combinados, geram variações de insolação que desencadeiam ou amplificam os episódios glaciais.

Retroações climáticas

As glaciações não são apenas forçadas pela órbita: dependem de retroações amplificadoras:

• Gelo–albedo: quanto mais nevada está a superfície, mais a refletividade aumenta, reforçando o arrefecimento.
• CO₂ oceânico: o arrefecimento aumenta a solubilidade do CO₂ no oceano, diminuindo a sua concentração atmosférica.
• Poeira e aerossóis: o seu depósito sobre a neve diminui o albedo, favorecendo a deglação.

Circulação oceânica e atmosférica

A dinâmica do oceano global desempenha um papel-chave. Abrandamentos da AMOC (Circulação Meridional de Revolvimento do Atlântico) podem bloquear o transporte de calor para as altas latitudes, acelerando a glaciação.

Da mesma forma, mudanças na cobertura de nuvens e na distribuição de vapor de água modulam o equilíbrio energético.

Química do carbono e regulação geológica

A longo prazo, o ciclo do carbono controla a estabilidade climática:

• A retenção de CO₂ pela meteorização de silicatos reduz o efeito de estufa.
• O vulcanismo reinjeta CO₂ na atmosfera, estabilizando o clima.

O equilíbrio entre estes processos determina o fim das glaciações.

Limiares críticos

Quando um arrefecimento excede um limiar (extensão glacial além dos 30° de latitude), a Terra pode entrar num estado de bola de neve, onde dominam as retroações positivas.

A deglação requer então uma forte reacumulação de CO₂ atmosférico (até vários % em volume), proveniente do vulcanismo, para quebrar a estabilidade gelada.

As glaciações ocorrem quando vários fatores climáticos se combinam: diminuição da radiação solar, mudanças na órbita terrestre (parâmetros de Milanković), e redução dos gases de efeito de estufa como o CO₂. A relação entre albedo e temperatura segue uma retroação positiva descrita por \( \alpha = \frac{R_{refletido}}{R_{incidente}} \) onde \(( \alpha )\) aumenta com a extensão dos gelos.

A Glaciação Criogénica: A Terra Bola de Neve

A glaciação criogénica, ocorrida entre 720 e 635 milhões de anos, representa um dos episódios climáticos mais extremos da história da Terra. Durante este período, o nosso planeta conheceu condições próximas de uma «Terra bola de neve», onde os oceanos estavam quase totalmente cobertos de gelo, até às baixas latitudes.

Contexto geológico

Esta glaciação pertence à era neoproterozóica (1.000 milhões de anos a 542 ± 1 Ma), caracterizada por uma tectónica ativa e a fragmentação do supercontinente Rodínia. A alteração acelerada das rochas continentais levou a uma diminuição do dióxido de carbono atmosférico, reduzindo o efeito de estufa e mergulhando a Terra num estado glacial prolongado.

Hipótese da Terra Bola de Neve

O modelo da Terra bola de neve propõe que os gelos tenham atingido as regiões equatoriais. O albedo elevado (\(\alpha \approx 0,6\)) teria então reforçado o arrefecimento planetário, aprisionando a Terra numa retroação glacial. As temperaturas médias teriam descido até \(-40 °C\) nos continentes, fazendo com que os oceanos estivessem quase totalmente congelados a profundidades de várias centenas de metros.

Consequências biológicas

Apesar destas condições extremas, a vida não se extinguiu. Refúgios microbianos terão persistido em zonas vulcânicas, mares epicontinentais parcialmente livres de gelo ou sob a banquisa translúcida que deixava passar a luz. Estes nichos ecológicos terão preparado o caminho para a explosão de biodiversidade que se seguiu, nomeadamente a explosão câmbrica.

Retorno a um clima temperado

O fim desta era glacial é atribuído à acumulação massiva de CO₂ de origem vulcânica, atingindo concentrações superiores a \(10^{4}\) ppm, cerca de 25 vezes mais altas do que o nível atual (~420 ppm). Este excesso de gás de efeito de estufa desencadeou um aquecimento global brusco, causando o degelo global e a formação de depósitos carbonatados característicos chamados cap carbonates.

N.B.: Os cap carbonates são camadas de rochas carbonatadas depositadas logo após o degelo dos gelos criogénicos. Resultam da precipitação massiva de carbonatos em oceanos enriquecidos em CO₂ (até \(10^{4}\) ppm), marcando a transição brusca de um clima glacial extremo para um intenso efeito de estufa.

Resumo das duas grandes glaciações

As duas grandes glaciações, a Huroniana (~2,4–2,1 Ga) e a Criogénica (~720–635 Ma), ilustram a capacidade da Terra de bascular para estados climáticos extremos sob o efeito de retroações geoquímicas e atmosféricas. A Huroniana, provocada pela subida do oxigénio atmosférico e pela redução do CO₂, mergulhou o planeta num arrefecimento duradouro durante várias centenas de milhões de anos, enquanto a Criogénica levou a episódios de «Terra bola de neve» mais intensos mas mais curtos, com concentrações de CO₂ vulcânico a exceder \(10^{4}\) ppm, cerca de 25 vezes o nível atual.

Estes períodos glaciais, longe de serem becos sem saída biológicos, exerceram uma pressão seletiva maior sobre os organismos, favorecendo a emergência progressiva de novas formas de vida e preparando o terreno para a evolução da biodiversidade complexa.