Um ‘relógio cósmico’ em pequenos cristais revelou a ascensão e queda das antigas paisagens da Austrália

As icônicas paisagens vermelhas da Austrália abrigaram a cultura aborígine e foram gravadas em canções para dezenas de milhares de anos. Mas outras pistas sobre o quão antiga é esta paisagem vêm de muito além da Terra: raios cósmicos que deixam impressões digitais reveladoras dentro dos minerais na superfície da Terra.

Em nosso novo estudopublicado no Proceedings of the National Academy of Sciences, mostramos como este “relógio cósmico” revela a evolução dos rios, costas e habitats.

Também mostra como se formaram depósitos minerais gigantes. Os produtos dessas jazidas acabam em objetos cerâmicos do cotidiano – mas carregam uma história paisagística oculta.

Olhando através do tempo profundo

A superfície da Terra está em constante mudança à medida que as forças opostas da erosão e elevar competir para esculpir a paisagem que nos rodeia – um exemplo disto são as montanhas que sobem e depois são desgastadas pelas intempéries.

Para compreender os ambientes atuais e prever a sua resposta às mudanças futuras, precisamos de saber como as paisagens se comportaram ao longo do tempo – há milhões a milhares de milhões de anos.

Até agora, medir diretamente como as paisagens antigas mudaram tem sido um grande desafio. Uma nova técnica finalmente nos dá uma janela para o passado distante da superfície da Terra.

Ao perfurar diretamente o subsolo, recuperamos amostras que revelam praias antigas que margeiam o Planície de Nullarbor no sul da Austrália.

Agora localizadas a mais de 100 quilómetros do oceano, estas linhas costeiras enterradas registam transformações extraordinárias da paisagem. Era uma vez no fundo do mar, mais tarde uma floresta com cangurus arbóreos gigantes e leões marsupiais, e hoje é um dos mais planos e lugares mais secos da Terra.

Estas praias antigas contêm quantidades invulgarmente elevadas de zircão, um mineral apreciado pelos geólogos porque é um cápsula do tempo resistente. Dentro desses minúsculos cristais, com a largura de um fio de cabelo humano, existe um segredo cósmico.

Caça ao criptônio cosmogênico

A Terra é constantemente bombardeada por raios cósmicos – partículas de alta energia provenientes do espaço produzidas quando as estrelas explodem. Ao contrário dos maiores meteoritos que atingiram nosso planetaos raios cósmicos são menores que os átomos. Mas quando atingem átomos dentro de minerais próximos à superfície da Terra, as “explosões” microscópicas produzem novos elementos, conhecidos como nuclídeos cosmogênicos.

Medir esses nuclídeos é uma forma popular de descobrir a rapidez com que as paisagens mudam. Mas muitos nuclídeos têm vida muito curta, o que os torna inadequados para a compreensão de paisagens antigas.

Para nossas medições, usamos criptônio cosmogênico armazenado dentro de cristais de zircão que ocorrem naturalmente. Esta técnica só recentemente se tornou possível graças aos avanços tecnológicos. Funciona porque o criptônio não se decompõe, mas preserva informações por dezenas ou mesmo centenas de milhões de anos.

Para desbloquear este “relógio cósmico”, utilizámos um laser para vaporizar vários milhares de cristais de zircão e medimos o crípton libertado a partir deles. Quanto mais criptônio um grão contém, mais tempo ele deve ter ficado exposto na superfície antes de ser soterrado por camadas mais jovens de sedimentos.

Uma terra notavelmente estável

Os resultados mostram que há cerca de 40 milhões de anos, quando A Austrália era quente, úmida e coberta por florestas exuberantesas paisagens no sul da Austrália estavam a sofrer uma erosão extremamente lenta – menos de um metro por milhão de anos.

Isto é muito mais lento do que em regiões montanhosas como os Andes na América do Sul ou os Alpes do Sul na Nova Zelândia. No entanto, esta taxa de erosão é semelhante à de algumas das regiões mais estáveis ​​da Terra actualmente, como o deserto do Atacama ou os vales secos da Antárctida.

Calculámos que as areias da praia ricas em zircão demoraram cerca de 1,6 milhões de anos a passar do seu local de erosão para um local de sepultamento final na costa. Durante este transporte muito lento de sedimentos, muitos minerais menos duráveis ​​foram gradualmente decompostos ou dissolvidos pelo intemperismo. O que restou foram os minerais mais resistentes, como o zircão, que se tornou progressivamente concentrado.

Com o tempo, esse processo natural de filtragem produziu depósitos de areia de praia muito ricos em zircão economicamente valioso e outros minerais estáveis.

Os resultados também capturam um ponto de viragem na evolução da paisagem da região. Após um período de relativa estabilidade, mudanças climáticas, movimentos da Terra e níveis do mar desencadearam uma erosão mais rápida. Os sedimentos também começaram a se mover mais rápido.

Um novo relógio de cristal

Este “relógio cósmico” ajuda a explicar a riqueza mineral ao longo das margens da planície de Nullarbor, incluindo o a maior mina de zircão do mundo: Jacinth-Ambrosia. Esta mina produz cerca de um quarto da oferta global de zircão.

Muito zircão é usado na fabricação de cerâmica, então há grandes chances de muitos de nós já termos tido contato com esses minerais que permaneceram muito mais tempo na superfície da Terra do que a nossa própria espécie existiu.

Ao ler as impressões digitais dos raios cósmicos no zircão, temos agora um novo relógio geológico para medir processos antigos na superfície do nosso planeta.

A investigação de paisagens modernas, onde os processos superficiais podem ser medidos de forma independente, ajudará a refinar e alargar a sua utilização – mas o potencial é enorme. Como o criptônio e o zircão são estáveis, a técnica pode ser aplicada a períodos da história da Terra há centenas de milhões de anos.

Isto abre a possibilidade de estudar as respostas da paisagem a alguns dos maiores eventos da história da Terra, como a ascensão das plantas terrestres cerca de 500-400 milhões de anos atrás, que transformou a superfície e a atmosfera do planeta.

Para fazer isso, poderíamos analisar cristais de zircão preservados em sedimentos de rios daquela época, provavelmente nos permitindo medir até que ponto a chegada de plantas terrestres remodelou a erosão, o transporte de sedimentos e a estabilidade da paisagem.

As paisagens da Terra guardam memórias presas em minerais formados por raios cósmicos. Ao aprender a ler este “relógio cósmico”, descobrimos uma nova forma de compreender a história por trás de paisagens icónicas. Talvez ainda mais importante, fornece um modelo para as mudanças que podem estar por vir.