Relao Sol-Terra estudada atravs de anis dos crescimento de conferas

do holoceno recente e do trissico.

Alan Prestes

Tese de Doutorado em Geofsica Espacial,

orientada pelos Drs. Nivaor Rodolfo Rigozo e Daniel Jean Roger Nordemann.

INPE

So Jos dos Campos

2006

Aos meus pais, Valderi (In memorium) e Antoninha, e

meus irmos, Alex e Adelton, por terem me incentivado e me apoiado em todos os

momentos. Por todo amor e carinho que me deram e o esforo que fizeram para que eu

conseguisse mais esta conquista. A minha mulher, Alexandra, e filha, Ana Jlia, pelo amor

e carinho, compreenso, estmulo e fora para concluir este trabalho. As minhas conquistas

so conquistas de vocs.

AGRADECIMENTOS

Agradeo a Deus por ter me dado o privilgio da vida.

Agradeo aos meus orientadores, Dr. Daniel Jean Roger Nordemann e Dr. Nivaor Rodolfo

Rigozo, por terem me proporcionado a valiosa oportunidade de enriquecer meu

conhecimento nestes quatro anos de estudo, pelo apoio e incentivo.

Um agradecimento especial a todos os meus amigos e colegas pela amizade e pelo

companheirismo ao longo desta jornada. Por estarem constantemente me incentivando e

desejando o melhor.

Agradeo ao Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, INPE So Jos dos Campos (SP),

INPE - Santa Maria (RS) e a Universidade Federal de Santa Maria - UFSM, pela infra-

estrutura disponibilizada para a realizao desta Tese.

Ao CNPq pela bolsa de doutorado e a CAPES pelo auxlio das verbas.

A Dra. Damaris Kirsch Pinheiro e ao Laboratrio de Cincias Espaciais de Santa Maria -

LACESM/UFSM, pelo apoio e pela infra-estrutura disponibilizada para a realizao desta

Tese.

Ao Dr. Nelson Schuch e ao Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais - CRSPE /INPE,

pela assistncia.

Ao Dr. Mario Tomazello Filho e Dr. Cludio Sergio Lisi pela ajuda e discusses que

contriburam muito para o desenvolvimento desse trabalho, e a Escola Superior Agricultura

Luis de Queiroz ESALQ pela infraestrutura.

Ao meu colega e amigo Juliano Antunes Guimares Leite, pela ajuda na coleta das

amostras do lenho de rvores de araucrias nas unidades de conservao.

Ao Departamento Nacional de Produo Mineral DNPM - pela autorizao de coleta das

amostras do lenho de rvores petrificadas.

Ao IBAMA pela doao das amostras de rvores nas Florestas e Parques Nacionais, e aos

Chefes e funcionrios das unidades pelo auxilio nas coletas.

Ao Museu Municipal de So Pedro do Sul pela colaborao.

A empresa de pedras preciosas Primmaz & Cia. Ltda. pelo corte e polimento das amostras

de rvores petrificadas.

As unidades de conservao florestal dos estados do Paran, Santa Catarina e Rio Grande

do Sul, pelo auxilio prestado nas coletas das amostras do lenho de rvores.

A todas as pessoas que auxiliaram no trabalho.

RESUMO

O estudo do Sol e das variaes de seu fluxo de energia inteiramente experimental e

tambm muito recente, o que restringe a compreenso de seus efeitos sobre o clima do

planeta e sua possvel predio para o futuro. Assim torna-se necessrio um monitoramento

indireto das variaes solares e de outros fenmenos geofsicos em uma escala de tempo

maior no passado, possvel graas existncia de registros naturais que cobrem extensos

intervalos de tempo passado, como por exemplo, os anis de crescimento das rvores.

Desenvolveu-se um estudo das relaes Sol-Terra no passado, atravs dos anis de

crescimento de rvores de araucrias (Araucaria angustifolia) do presente e de madeiras

silificadas Mesozica (rvores petrificadas de 200 milhes de anos atrs), coletadas no

estado do Rio Grande do Sul, Brasil. Das rvores de araucria atuais obtiveram-se

cronologias mdias das amostras dos lenhos coletados em Severiano de Almeida e Passo

Fundo, em torno de 359 e 264 anos, respectivamente. As amostras dos lenhos petrificados,

coletados em So Pedro do Sul e Mata, apresentaram de 28 a 159 anis de crescimento.

No estudo das sries temporais dos anis de crescimento das rvores do presente e do

passado (amostras petrificadas) utilizou-se o mtodo da anlise espectral clssica e

regresso iterativa, na procura de periodicidades e tendncias neles contidas e o mtodo da

ondeleta para verificar o comportamento das periodicidades e amplitudes encontradas em

funo do tempo.

As anlises das sries temporais da espessura dos anis de crescimento das rvores

(amostras petrificadas e no petrificadas) pelo mtodo da regresso iterativa apresentou

perodos representativos da atividade solar de 11 (ciclo de Schwabe), 22 (ciclo de Hale), 52

(quarto harmnico do ciclo de Suess) e 80 (ciclo de Gleissberg) anos, com uma

significncia estatstica de 95%. Isso pode indicar uma possvel influncia da atividade

solar no crescimento das rvores tanto no passado recente, nos ltimos 300 anos, como no

mais distante, em torno de 200 milhes de anos. Tambm foram encontrados baixos

perodos de 2 a 7 anos, que podem representar uma resposta das rvores s condies

climticas locais. Verificou-se atravs do estudo dos anis de crescimento das rvores do

trissico e do presente, que a atividade solar apresentou os mesmos perodos fundamentais.

As anlises por ondeletas das sries temporais dos anis de crescimento das rvores

mostraram que existe uma boa concordncia com o ciclo solar de 11 anos para as pocas de

mxima e mnima atividade solar, tais como o Mnimo de Dalton e o Mximo Moderno. J

as anlises por ondelata-cruzada, entre as cronologias de anis de crescimento de Passo

Fundo e de Severiano de Almeida com as sries da anomalia de temperatura e do ndice da

Oscilao Sul (SOI), mostraram que a temperatura e o SOI esto influenciando o

crescimento das rvores de araucria em perodos de 2-8 anos.

Sun-Earth Relationship studied by tree growth rings in conifers from

Holocene and Triassic

ABSTRACT

The study of the Sun and of its energy flux variations is recent and fully experimental.

For this reason , if is very important develop studies in order to understand the past and

predict the future using natural records at the Earth surface to monitor solar variations

and their effects on climate. The studies about the Suns variations and Sun-Earth-

Climate relationships are possible because there exists natural records that cover long

time interval, such as, for example, tree growth rings, which may represent good records

of climate variations in the past.

In this work a study of Sun-Earth relationships was developed using tree growth rings

of araucarias (Araucaria angustifolia) in the present time and in silicified Mesozoic

wood ("petrified trees" of 200 million years ago), both collected in the Rio Grande do

Sul State, Brazil. From the Araucaria angustifolia collected in Severiano de Almeida

and Passo Fundo were obtained chronology average for 359 and 264yr respectively.

The petrified samples, collected in So Pedro do Sul and Mata, lead to 15 time series,

with 28 to 159 tree growth rings.

In the study of tree rings time series of the present and of the past (petrified samples),

the method of classical spectral analysis, iterative regression, was used for the search of

periodicities and trends contained in tree growth. The wavelet method was also used to

verify the periodicities and amplitudes found as a function on time.

The analysis of the time series of the tree growth rings thicknesses (petrified and not

petrified samples), using the method of the iterative regression indicates representative

periods of the solar activity of 11 (Schwabe cycle), 22 (Hale cycle), 52 (4th harmonic of

the Suess cycle) and 80 (Gleissberg cycle) years, with a significance statistics of 95%.

This may show a possible influence of the solar activity in the growth of the trees in the

recent past, in last the 300 years, as in the distant past, at about 200 million years ago.

Also low periods at 2 to 7 years, were found that can represent a response of the trees to

local climatic conditions at their respective epochs of life. It was verified through the

study of tree growth rings from Triassic and from the present times that the solar

activity presented basically the same periods.

The wavelet analysis has shown that it exist a good agreement of the time series of tree

growth rings with the 11 year solar cycle, for the Minimum and Maximum solar activity

periods, such as the Minimum of Dalton and the Modern Maximum. The cross-wavelet

analysis between the chronologies of Passo Fundo, Severiano de Almeida and the series

of the anomaly of temperature and of the South Oscillation Index (SOI), have shown

that the temperature and the SOI are both influencing the araucaria growth in the

periods between 2-8 years.

SUMRIO

LISTA DE FIGURAS.......................................................................................................

LISTA DE TABELAS......................................................................................................

CAPTULO 1.................................................................................................................... 19

INTRODUO................................................................................................................ 19

CAPTULO 2.................................................................................................................... 25

RELAES SOL-TERRA............................................................................................... 25

2.1 Atividade solar............................................................................................................ 25

2.2 Causas das mudanas climticas................................................................................ 31

2.3 A conexo Sol-Clima................................................................................................. 33

2.4 Estudo da relao Sol-Terra por registros naturais.................................................. 39

2.5 Variaes de longo perodo na atividade solar e clima: evidncias

dendrocronolgicas...........................................................................................................

43

CAPTULO 3.................................................................................................................... 47

MATERIAl E MTODOS................................................................................................ 47

3.1 Descrio do material empregado no estudo.............................................................. 47

3.1.1 Amostras do presente Araucaria angustifolia....................................................... 51

3.1.2 Amostras do passado amostras petrificadas.......................................................... 53

3.2 Consideraes sobre os locais de coleta...................................................................... 55

3.2.1 Locais de coleta das Araucrias............................................................................... 56

3.2.2 Locais de coleta de amostras de rvores petrificadas............................................... 60

3.3 Coleta das amostras..................................................................................................... 63

3.3.1 Amostras de araucrias............................................................................................ 63

3.3.2 Amostras petrificadas............................................................................................... 66

3.4 Tratamento das amostras............................................................................................. 67

3.4.1 Amostras de araucrias............................................................................................ 67

3.4.2 Amostras petrificadas............................................................................................... 67

3.5 Obteno das sries cronolgicas................................................................................ 68

3.5.1 Obteno atravs da mesa de mensurao............................................................... 69

3.5.2 Obteno por imagens.............................................................................................. 71

3.6 Dados climticos e solares.......................................................................................... 75

3.7 Mtodos de anlises................................................................................................... 76

3.7.1 Anlise espectral..................................................................................................... 76

3.7.2 Anlise por ondeletas.............................................................................................. 77

CAPTULO 4.................................................................................................................... 81

ANLISE E RESULTADOS........................................................................................... 81

4.1 Sries temporais dos anis de crescimento de rvores e geofsicas............................ 81

4.1.1 Amostras de araucrias............................................................................................ 81

4.1.2 Amostras petrificadas............................................................................................... 85

4.1.3 Sries geofsicas e climatolgicas............................................................................ 88

4.2 Anlises das sries dos anis de crescimento e das sries geofsicas......................... 88

4.2.1 Anlise espectral clssica utilizando o mtodo de regresso iterativa (ARIST)...... 89

4.2.1.1 Anlises das amostras do presente - Araucrias................................................... 89

4.2.1.2 Anlises das amostras do passado amostras petrificadas................................... 98

4.2.2 Anlises por ondeletas (wavelets) ........................................................................... 102

4.2.2.1 Anlise de ondeleta das amostras de araucrias do presente................................ 102

4.2.2.2 Espectros de ondeletas-cruzadas das amostras de araucria do presente............. 105

4.2.2.3 Anlise de ondeleta das amostras de rvores petrificadas.................................... 117

4.3 Semelhanas e diferenas das amostras de araucrias do passado recente e do

passado distante.................................................................................................................

122

CAPTULO 5.................................................................................................................... 125

CONCLUSES................................................................................................................. 125

BIBLIOGRAFIA............................................................................................................... 129

APNDICE A FUNES DE AJUSTES..................................................................... 143

LISTA DE FIGURAS

1.1 Nmero anual de ciclones ocenicos na ndia de Meldrum e o nmero de grupos de

manchas solares..............................................................................................................20

2.1 Variao na mdia anual do nmero de manchas solares, mostrando os ciclos solares e

um possvel perodo de longa durao............................................................................27

2.2 Imagem mostra uma seqncia de imagens em raios-X do Sol do mximo ao mnimo

solar.................................................................................................................................29

2.3 Valores medidos da concentrao de 14C (curva slida) plotado junto com o nmero de

manchas solares. O mnimo de Maunder (1645-1715) claramente evidente, Mas o

Mnimo de Dalton (1795-1825) menos claro. A lente resposta do 14C no tempo tende a

obscurecer variaes mais fracas tais como o mnimo de Dalton. Tambm notado o

mnimo de Spoerer em torno de 1500, e outro grande mnimo em torno de 1350.

Crculos pretos so dados de manchas solares vistas a olho nu......................................31

2.4 Reconstruo do nmero de manchas solares para o ltimo milnio, obtido da srie

temporal do nmero de manchas solares (Rz) para o perodo de 1700-1999, mostrando

os grandes mximos e mnimos na atividade solar, pocas de mnimos de Oort, Wolf,

Sprer, Maunder e Dalton, e mximos Medieval e Moderno.........................................36

2.5a Temperatura da rea continental do hemisfrio norte plotado com o comprimento do

ciclo solar........................................................................................................................37

2.5b Temperatura mdia global da superfcie do mar plotado com o nmero de manchas

solares. Na similaridade dessas curvas evidente que o Sol tem influenciado o clima

dos ltimos 150 anos. Tanto o nmero de manchas solares e o comprimento do ciclo

solar so representativos da quantidade de energia solar que a Terra recebe.................38

2.6 Estrutura dos anis de crescimento de conferas apresentando (a) o lenho inicial

(earlywood) com clulas de paredes finas e grande dimetro, em cores claras, (b) o

lenho tardio (latewood) com clulas de paredes grossas e dimetro pequeno, em cores

escuras.............................................................................................................................42

3.1 Ilustrao mostrando a fragmentao do PANGEA dando origem aos continentes

eursia e gondwana h 225 milhes de anos atrs. A partir da, o Gondwana e a Eursia

se fragmentam e comea a migrao continental, com o afastamento da Amrica do

continente africano/europeu........................................................................48

3.2 Escala de tempo geolgico..............................................................................................49

3.3 Ocorrncia de representantes da famlia Araucariaceae durante o Tercirio..................50

3.4 Fotomacrografia (A) e fotomicrografia-100X (B) do lenho de Araucaria angustifolia e

anis de crescimento ausentes (C)...................................................................................53

3.5 Xilema secundrio e os anis de crescimento das amostras petrificadas (a) e atuais (b)

de araucrias ...................................................................................................................55

3.6 Distribuio da Araucaria angustifolia na Amrica do Sul............................................56

3.7 Exemplares de Araucaria angustifolia localizados em Severiano de Almeida..............57

3.8 Classificao climtica do estado do Rio Grande do Sul..............................................58

3.9 Faixas de precipitao sazonal e anual...........................................................................59

3.10 Comportamento da temperatura sazonal e anual.........................................................60

3.11 Localizao dos stios paleontolgicos.........................................................................61

3.12 Fragmentos de tronco fssil rolado na superfcie (Jardim Paleobotnico - Mata)........62

3.13: (A) Lenhos fsseis utilizados no calamento e como monumento na praa em frente

Igreja Luterana da cidade de Mata. (B) Amostra com seus anis de crescimento..........63

3.14 Partes componentes de um trado e as amostras de lenho de Araucaria angustifolia

coletadas .........................................................................................................................64

3.15 Obteno de amostra de lenho do restante do tronco enraizado, seo transversal de

tronco de Araucaria angustifolia....................................................................................65

3.16 Disco adiamantado onde foram realizados os cortes das amostras...............................68

3.17 Mesa de mensurao marca Lintab III, com deslocamento horizontal e preciso de

1/100 mm, e sistema de iluminao de fibra tica Leica modelo KL 1500.................70

3.18 Fragmentao que se d atravs das linhas de fraqueza representadas pelo cmbio e

pelos limites dos anis de crescimento. (a) amostra AEI, (b) amostra BR287I..............71

3.19 Exemplo de uma imagem bitmap digitalizada de uma amostra do Pinus taeda,

coletada na regio sul do Brasil. Imagem foi digitalizada com uma resoluo de 900

dpi....................................................................................................................................72

3.20 Janela inicial do programa TIIAA, que apresenta o tratamento aplicado na imagem

para salientar melhor os contornos dos anis de crescimento........................................ 73

3.21 Janela final do programa TIIAA que contm a imagem dos anis de crescimento de

rvores (A), para digitalizar cada anel movimenta-se a posio de cada um. Em (B)

mostrado o grfico dos tons de cinza em funo da sua posio na imagem (em pixel),

juntamente com a posio de cada anel (representado pelo smbolo ). Como exemplos so mostrados os anis de crescimento nmeros 11, 12, 13 e 14 (A), e suas

respectivas posies (B)..................................................................................................74

4.1 Sries temporais da espessura dos anis de crescimento das 12 amostras do lenho das

rvores coletadas em Passo Fundo..................................................................................82

4.2 Sries temporais da espessura dos anis de crescimento das 10 amostras do lenho das

rvores coletadas em Severiano de Almeida...................................................................82

4.3 Sries temporais da espessura dos anis de crescimento das 12 amostras do lenho das

rvores coletadas em Passo Fundo (curvas pretas) e suas tendncias (curvas

vermelhas).......................................................................................................................83

4.4 Sries temporais da espessura dos anis de crescimento das 10 amostras do lenho das

rvores coletadas em Severiano de Almeida (curvas pretas) e suas tendncias (curvas

vermelhas).......................................................................................................................83

4.5 Cronologias de cada rvore de Passo Fundo e cronologia mdia do local.....................84

4.6 Cronologias de cada rvore de Severiano de Almeida e cronologia mdia do local......85

4.7 Sries temporais da espessura dos anis de crescimento das 15 amostras do lenho das

rvores coletadas em Mata e So Pedro do Sul. .............................................................86

4.8 Sries temporais da espessura dos anis de crescimento das 15 amostras do lenho das

rvores coletadas em Mata e So Pedro do Sul (curvas pretas) e suas tendncias (curvas

vermelhas).......................................................................................................................86

4.9 Cronologias dos anis de crescimento de cada amostra do lenho de Mata e So Pedro do

Sul....................................................................................................................................87

4.10 Mdia anual do nmero de manchas solares (a), ndice geomagntico anual aa (b),

anomalia da temperatura entre a latitude 24o a 44o sul (c), ndice de oscilao sul, SOI

(d)....................................................................................................................................88

4.11 Espectros das 12 sries cronolgicas das amostras do lenho de Passo Fundo e da

cronologia mdia do local...............................................................................................91

4.12 Ocorrncia dos perodos encontrados nas 12 amostras do lenho de Passo Fundo........92

4.13 Espectros das sries cronolgicas das amostras do lenho de Severiano de Almeida e da

cronologia mdia do local...............................................................................................93

4.14 Ocorrncia dos perodos encontrados nas amostras do lenho de Severiano de

Almeida...........................................................................................................................94

4.15 Espectros de amplitude em funo da freqncia das cronologias mdias das amostras

de Passo Fundo (a), de Severiano de Almeida (b), da srie temporal do nmero de

manchas solares (c), da srie temporal do ndice geomagntico aa (d), da srie temporal

da anomalia da temperatura entre 24o a 44o sul (e) e do ndice de oscilao sul SOI

(f).....................................................................................................................................96

4.16 Espectro de amplitude das sries cronolgicas das amostras do lenho petrificado de

Mata e So Pedro do Sul...............................................................................................100

4.17 Ocorrncia dos perodos encontrados nas amostras dos lenhos petrificados..............101

4.18 (a) Cronologia mdia da largura dos anis de crescimento de rvores de Passo Fundo.

(b) Espectro de ondeleta com o cone de confiana (curva preta) e nvel de confiana de

95% (contorno branco)..................................................................................................104

4.19 (a) Cronologia mdia da largura dos anis de crescimento de rvores de Severiano de

Almeida. (b) Espectro de ondeleta com o cone de confiana (curva preta) e nvel de

confiana de 95% (contorno branco). ..........................................................................104

4.20 Espectro de potncia cruzado entre o nmero de manchas solares e a srie cronolgica

mdia dos anis de crescimento de Passo Fundo, com o cone de confiana (curva

branca) e o nvel de confiana de 95% (contorno branco)............................................106

4.21 Espectro de potncia cruzado entre o nmero de manchas solares e a srie cronolgica

mdia dos anis de crescimento de Severiano de Almeida, com o cone de confiana

(curva branca) e o nvel de confiana de 95% (contorno branco).................................107

4.22 Espectro de potncia cruzado entre o ndice geomagntico aa e a srie cronolgica

mdia dos anis de crescimento de Passo Fundo, com o cone de confiana (curva

branca) e o nvel de confiana de 95% (contorno branco)............................................110

4.23 Espectro de potncia cruzado entre o ndice geomagntico aa e a srie cronolgica

mdia dos anis de crescimento de Severiano de Almeida, com o cone de confiana

(curva branca) e o nvel de confiana de 95% (contorno branco).................................111

4.24 Espectro de potncia cruzado entre a anomalia da temperatura entre 24o e 44o sul e a

srie cronolgica mdia dos anis de crescimento de Passo Fundo, com o cone de

confiana (curva branca) e o nvel de confiana de 95% (contorno branco)................112

4.25 Espectro de potncia cruzado entre a anomalia da temperatura entre 24o e 44o sul e a

srie cronolgica mdia dos anis de crescimento de Severiano de Almeida, com o cone

de confiana (curva branca) e o nvel de confiana de 95% (contorno branco)...........113

4.26 Espectro de potncia cruzado entre o ndice SOI e a srie cronolgica mdia dos anis

de crescimento de Passo Fundo, com o cone de confiana (curva branca) e o nvel de

confiana de 95% (contorno branco)........................................................................... 114

4.27 Espectro de potncia cruzado entre o ndice SOI e a srie cronolgica mdia dos anis

de crescimento de Severiano de Almeida, com o cone de confiana (curva branca) e o

nvel de confiana de 95% (contorno branco)..............................................................115

4.28 Espectros de ondeletas das sries cronolgicas das amostras AEI (painel esquerdo)

AEII (painel direto)......................................................................................................118

4.29 Espectros de ondeletas das sries cronolgicas das amostras AEIII (painel esquerdo)

AEIV (painel direto).....................................................................................................118

4.30 Espectros de ondeletas das sries cronolgicas das amostras AEV (painel esquerdo)

AEVI (painel direto).....................................................................................................119

4.31 Espectros de ondeletas das sries cronolgicas das amostras BRII (painel esquerdo)

BRI (painel direto)........................................................................................................119

4.32 Espectros de ondeletas das sries cronolgicas das amostras SPSa325 (painel

esquerdo) SPSr2 (painel direto)....................................................................................120

4.33 Espectros de ondeletas das sries cronolgicas das amostras SPSb (painel esquerdo)

SPSp (painel direto)......................................................................................................120

4.34 Espectros de ondeletas das sries cronolgicas das amostras MataCap (painel

esquerdo) Mata M1 (painel direto)...............................................................................121

4.35 Espectro de ondeleta da srie cronolgica da amostra Mata M2................................121

LISTA DE TABELAS

3.1 Informaes sobre a altitude, latitude e longitude dos locais de coleta....................... 57

3.2 Nomenclatura das amostras de araucrias em relao aos locais de coleta................. 64

3.3 Informaes sobre as amostras dos lenhos coletados em cada cidade........................ 66

3.4 Nomenclatura das amostras petrificadas em relao aos locais de coleta................... 66

CAPTULO I

INTRODUO

O meio ambiente da Terra como ns o conhecemos s existe entre outros motivos por causa

da energia que o planeta recebe do Sol. A radiao solar influencia as circulaes

atmosfricas e ocenicas que, por sua vez, influenciam a biosfera (National Research

Council, 1994). O estudo das variaes solares associadas ao seu fluxo de energia

inteiramente observacional e, tambm, muito recente, o que restringe muito a compreenso

de seus efeitos sobre o clima do planeta e uma possvel predio do mesmo para o futuro

(Hoyt e Schatten, 1997). Dados obtidos por satlites, desde o incio de 1980, indicam uma

variao percentual de 0.1% na luminosidade solar durante o ciclo de 11 anos, com uma

emisso maior para o perodo do mximo em relao ao mnimo no nmero de manchas

solares (Wilson e Hudson 1988).

A pesquisa desenvolvida habitualmente sobre as relaes Sol-Terra-Clima realizada

principalmente pela aquisio e anlise de dados observacionais numa escala de tempo que

vai do passado recente ao presente. Entre os dados observacionais mais usados, podem ser

citados: as manchas solares, dados geomagnticos e ionosfricos, dados meteorolgicos,

climticos e hidrolgicos.

Na Terra, vrios fenmenos geofsicos ou biolgicos propiciam a possibilidade de se

recolher amostras, cuja anlise fornece dados sobre o passado (Rigozo, 1994). Fenmenos

naturais, como descritos na geologia, registram sua prpria histria em grande escala de

tempo, da ordem de bilhes de anos. Na escala de milhes de anos, os sedimentos marinhos

e ocenicos fornecem dados importantes sobre a evoluo da Terra nos aspectos

climatolgicos, paleomagntico e biolgicos. Em escalas menores, de sculos a milhares de

anos, possvel, por exemplo, investigar o passado atravs das rvores que registram, em

seus anis de crescimento, a memria das variaes do ambiente onde vivem. Nessas

variaes possvel identificar, dentre outras, as que so devidas a mudanas climticas

associadas as variaes da atividade solar j conhecida, atravs de observaes do nmero

das manchas solares (Nordemann e Rigozo, 2003).

19

Alguns fenmenos terrestres parecem ser influenciados pelas variaes da atividade solar

de curto e longo perodos (Murphy, 1990). Meldrum, um meteorologista britnico na ndia,

em 1885, encontrou uma forte relao entre o nmero de manchas solares e o nmero de

ciclones, como mostrado na Figura 1.1. O resultado encontrado por Meldrum convenceu

muitos cientistas da real relao entre Sol-Terra, e as investigaes comearam. Dezenas de

artigos relacionando mudanas no Sol a variaes na Terra apareceram: relaes entre a

variao do Sol e a temperatura; precipitao e seca, fluxo de rios, ciclones; populao de

insetos; destruies; preos de cereais, e muitos outros tpicos (Hoyt e Schatten, 1997).

Figura 1.1: Nmero anual de ciclones ocenicos na ndia de Meldrum e o nmero de

grupos de manchas solares.

FONTE: Hoyt e Schatten, 1997.

Os registros isotpicos em rvores apresentam informaes significativas sobre as

mudanas ambientais e as relaes Sol-Terra no passado (Mori, 1981). Um monitoramento

indireto dessas variaes no passado foi feito por Stuiver e Quay (1980), atravs de

medidas das variaes (14C) do carbono 14C produzido na atmosfera terrestre pela

incidncia da radiao csmica e assimilado pelas rvores. Mudanas na razo de produo

do 14C esto associadas s variaes da atividade solar, que apresentam uma relao inversa

nas pocas que a atividade solar mxima existe uma baixa produo do 14C e nas pocas

que a atividade solar mnima existe uma maior produo do 14C. Estas flutuaes se

apresentam em escalas seculares bem como em escalas de dcadas, incluindo o ciclo solar

de 11 anos. O comportamento de longo perodo do Sol tambm mostra transientes

dinmicos tais como o mnimo de Maunder de 1645 a 1715 DC, caracterizado por um

20

surpreendente decrscimo da atividade solar. Novos mtodos de medida tm, recentemente,

permitido compreender mais profundamente as variaes solares nos ltimos 10000 anos.

O prximo desafio buscar informaes sobre pocas mais antigas (Kurths et. al., 1993).

A escassez de registros climticos continentais e a qualidade dos registros em anis de

crescimento de rvores originaram o desenvolvimento da dendrocronologia e da

dendroclimatologia (Fritts, 1976). O aproveitamento do estudo dos anis de crescimento de

rvores para a pesquisa em Cincias Ambientais e, em particular, sobre a atividade solar no

passado mais recente (Dutilleul e Till, 1992; Kurths, 1993; Murphy et al., 1996; Rigozo,

1998; Rigozo et al., 2001; Nordemann et al., 2002). Ela se justifica pela excelente definio

temporal, devida presena de anis de crescimento anuais que providencia uma excelente

escala de tempo, e, dentro de certas condies, pela sensibilidade de parmetros analisados

(espessura dos anis, composio elementar ou isotpica) aos fatores ou condies

ambientais citadas (luz, temperatura, disponibilidade de gua e de nutrientes e condies

adversas) (Fritts, 1976).

Embora a conexo entre variaes solares e anis de crescimento seja mais complexa do

que entre variaes solares e radioistopos cosmognicos, vrios estudos sugerem que tais

conexes podem existir. Primeiramente, anis de crescimento de rvores tm sido usados

para reconstruir o clima. Segundo, a evidncia da influncia solar no clima tambm tem

sido encontrada em escala de tempo de sculos bem como em escala mais curta, de 11 anos.

Terceiro, evidncias de ciclos solares em anis de rvores recentes tm sido observadas

(Kurths et. al., 1993; Rigozo et. al, 2002; 2004; 2006; Nordemann et. al, 2005).

Tradicionalmente, inferncias paleoclimticas baseadas em plantas tm focado no

crescimento caracterstico e/ou em uma aproximao bioclimtica que fiam-se no uso de

material taxonomicamente identificvel sob a hiptese que os requerimentos climticos dos

fsseis so mais ou menos similares queles de seus relativos vivos mais prximos hoje

(Poole et al, 2005). Um nmero de tcnicas tambm tem sido inventado por meio do qual

dados paleoclimticos quantitativos podem ser derivados de materiais de plantas fsseis

sem confiar muito na identificao taxonmica do material sob estudo. Grupos de folhas

21

fsseis tm recebido a maior parte da ateno por meio da qual tcnicas utilizam a

correlao conhecida entre a fisionomia da folha e parmetros do clima (Poole et al, 2005).

Um tipo de material biolgico que tem sido pouco utilizado a este respeito a madeira

fssil. A madeira freqentemente espalhada e abundante atravs do tempo geolgico, e

unido com sua robustez natural, pode dar um arquivo potencialmente rico de dados

paleoecolgico e paleoclimtico (Poole et al, 2005). Informaes podem ser determinadas

da anlise dos anis de crescimento na madeira fssil (paleodendrocronologia) e da

investigao de caracteres anatmicos especficos que so associados com certos aspectos

do clima (Francis e Poole, 2002).

O campo da paleoclimatologia tem se desenvolvido substancialmente e aumentado o nosso

conhecimento sobre as dcadas passadas. Isto se deve necessidade de se entender e

estimar as mudanas ambientais de longos perodos ou paleo-perspectivas que ocorreram

ou ocorrero. claro que o clima varia em todas as escalas de tempo, de estaes do ano a

milnios. E tambm claro que registros instrumentais de mudanas do clima so

insuficientes para observar e estudar como o sistema do clima opera em escalas de tempo

muito maiores do que umas poucas dcadas, ou sob forantes climticos diferentes do

presente. A paleo-perspectiva permite fazer uso hbil de registros paleoclimticos,

paleoceanogrficos e paleoecolgicos podendo ser a ligao do presente e futuro dentro do

amplo contexto de muitas realizaes do sistema dinmico do clima passado (Overpeck,

1995).

O objetivo deste trabalho analisar a atividade solar, fenmenos geofsicos e fatores

climticos nos anis de crescimento de rvores e suas inter-relaes atravs de anlises

matemticas. Este trabalho se justifica pelo fato das cronologias de anis de crescimento de

rvores representarem um registro natural, que so teis no estudo de possveis conexes

entre variveis solares/geofsicas/climticas e porque elas podem ser usadas para inferir a

sua evoluo durante perodos passados sem registros instrumentais. Isto nos conduz a

investigar registros de anis de rvores de conferas atuais, nos ltimos 400 anos

aproximadamente, e do passado, h cerca de 200 milhes de anos. As cronologias

analisadas neste estudo so de amostras de rvores petrificadas e araucrias (Araucaria

22

angustifolia) da regio Sul do Brasil (Rio Grande do Sul). Com este objetivo organizou-se

o trabalho como segue:

No Captulo II apresenta-se uma reviso bibliogrfica da literatura que descreve a relao

Sol-Terra; registros e observaes da atividade solar e climtica; e como estas podem e so

estudadas nas sries temporais de anis de crescimento de rvores;

No captulo III descrevem-se, passo a passo, as metodologias empregadas no estudo, desde

as escolhas das amostras e dos locais, os procedimentos de coleta das amostras, bem como

o tratamento dado a elas. Tambm so mostradas a obteno e o tratamento das cronologias

dos anis de crescimento das amostras de rvores.

No Captulo IV apresentam-se os resultados das anlises das sries cronolgicas dos anis

de crescimento. Os procedimentos detm-se na obteno da melhor curva de ajuste para

cada srie, de modo que as tendncias de longo perodo, tais como, tendncia de

crescimento e processos de distrbios dentro e/ou fora da floresta (por ex., derrubada de

rvores, fogo, insetos, etc.) sejam eliminadas, a fim de se obter a cronologia mdia do local.

No Captulo V apresentam-se as concluses obtidas e as observaes feitas durante a

realizao de cada etapa do trabalho.

No Apndice A apresentam-se as funes de ajustes representativas das longas tendncias

dos anis de crescimento na obteno das cronologias dos anis de crescimento de rvores.

23

24

CAPTULO II

RELAES SOL-TERRA

A interao Sol-Terra e os aspectos ligados aos efeitos geofsicos e climticos da

variabilidade da atividade solar representam um dos mais importantes problemas da

Geofsica Espacial atual. As observaes diretas do Sol, o monitoramento de sua atividade

atravs de ndices como o nmero de manchas solares, as medidas de parmetros de

fenmenos ambientes (temperaturas do ar e do oceano, pluviometria, nveis de rios etc.) so

os meios mais utilizados para se conhecer as variaes desses fenmenos e servem de base

para analisar suas correlaes e realizar previses. Um monitoramento indireto das

variaes solares e de outros fenmenos geofsicos, numa escala de tempo maior no

passado, possvel devido existncia de registros naturais, que so capazes de gravar e

reter informaes, melhorando a compreenso de seus efeitos sobre o clima do planeta e

uma possvel predio do mesmo para o futuro, contribuindo para melhorar as previses e

validar modelos.

Neste Captulo so apresentados conceitos bsicos sobre a atividade solar e seus efeitos no

clima da Terra em grandes escalas de tempo, bem como, os meios de estudo desta relao

ao longo de milnios, os registros naturais, no caso, os anis de crescimento de rvores.

2.1: Atividade Solar

O Sol tem aproximadamente 4.5 bilhes de anos. Ele composto de 92.1% de hidrognio e

7.8% de hlio, bem como de 0.1% dos demais elementos. Estima-se que, desde o seu incio,

a luminosidade do Sol tem gradualmente aumentado por aproximadamente 30%. Acredita-

se que a energia gerada no Sol seja devido a uma cadeia de reaes nucleares ocorrendo

dentro do Sol, com quatro tomos de hidrognio fundindo-se para formar um tomo de

hlio. Como os quatro tomos de hidrognio tm mais massa do que um tomo de hlio, o

excesso de massa convertido em energia. Esta energia transportada do interior do Sol,

primeiro por radiao e ento por conveco para camadas mais externas, por ltimo

levando deposio de energia na camada superficial (fotosfera). Na fotosfera a energia

finalmente radiada para o espao (Hoyt e Schatten, 1997).

25

A emisso de energia do Sol em todas as suas formas no constante, ela varia tanto no

tempo (de segundos a sculos) quanto com a posio no Sol. Quando se observa o Sol em

alta resoluo, em comprimentos de onda em H ou raios-X, a fotosfera e tambm a atmosfera solar revelam, estruturas que mudam dinamicamente de muitas maneiras. Estas

estruturas so observadas em todas as latitudes no disco e em todos os nveis na atmosfera,

e elas se manifestam em todas as regies do espectro eletromagntico. A atividade solar

tem influncia sobre a distribuio dos campos magnticos e partculas carregadas no meio

interplanetrio e tem importantes conseqncias no estado fsico da atmosfera superior da

Terra e para a atividade geomagntica (Priest, 1987).

A camada de conveco completa o transporte de energia e de sua irradiao do centro do

Sol para o espao pela fotosfera, e mais importante para o vento solar. Ela determina as

escalas temporais e espaciais da estrutura do campo magntico coronal que controla as

propriedades do vento solar. O campo magntico gerado pelo processo de dnamo na zona

convectiva. Deste campo resultam as manchas solares, solar flares, ejeo de massa

coronal (Coronal Mass Ejections - CME) e outros tipos de atividade magntica, bem como

o ciclo solar. Os ciclos solares, monitorados pelo nmero de manchas solares, so variaes

peridicas na atividade, com uma durao dentro de um perodo mdio de 11 anos. Estas

caractersticas resultam quando o campo magntico na superfcie do Sol ganha intensidade

suficiente para inibir o fluxo de calor convectivo do interior do Sol (Hoyt and Schatten,

1997).

O nmero das manchas solares varia com periodicidade mdia de 11 anos. Proeminncias

podem durar 200 dias, ao passo que um grande grupo de manchas pode durar metade do

tempo e Solar Flares duram minutos a horas. Estas mudanas esto relacionadas ao ciclo

de atividade solar o qual tradicionalmente medido pelo nmero de manchas solares (e.g.,

Priest, 1987; Kivelson e Russell, 1995; Hoyt and Schatten, 1997).

Com exceo das granulaes, quase todas as caractersticas observveis na atmosfera solar

devem sua existncia ao campo magntico, isto , elas representam diferentes maneiras em

que o plasma solar est respondendo ao desenvolvimento do campo magntico, do qual as

manchas solares so exemplos mais contundentes (Priest, 1987; Hoyt and Schatten, 1997).

26

A Figura 2.1 apresenta a srie do nmero de manchas solares (Rz), em mdias anuais, desde

1700.

Figura 2.1: Variao na mdia anual do nmero de manchas solares, mostrando os ciclos

solares.

O ciclo das manchas solares apresenta uma considervel variao no perodo de

aproximadamente 11 anos. Por exemplo, entre 1750 - 1958 a mdia temporal entre os

mximos foi de 10.9 anos, com um intervalo de 7.3 a 17.1 anos; ao passo que o perodo

mdio entre os mnimos foi de 11.1 anos, com uma variao entre 9 a 13.6 anos. Outra

caracterstica do ciclo solar que o tempo de aumento do mnimo para o mximo menor

do que o de declnio para o mnimo novamente: a mdia no tempo de aumento de 4.5

anos, enquanto o tempo de decaimento 6.5 anos, com a assimetria temporal entre a fase

ascendente e a descendente sendo maior quanto maior o mximo. Tambm, um amplo

intervalo no valor de mximo e mnimo na amplitude das manchas solares encontrado

(Priest, 1987).

Variaes de curto perodo no nmero de manchas solares tm magnitudes considerveis e

parecem ocorrer de forma aleatria, embora uma variao de 27 dias esteja presente; isto

corresponde ao perodo de rotao do Sol e causado parcialmente pela persistncia de

grandes manchas solares por mais de uma rotao, e parcialmente pelas longitudes

27

preferidas para seu aparecimento. Uma outra tendncia pode ser vista na Figura 2.1 pelos

picos do nmero de manchas solares variar a cada sete ou oito ciclos (picos altos e baixos),

o que sugere que um longo ciclo pode estar acontecendo ciclo de Gleissberg de

aproximadamente 90 anos (Priest, 1987; Kivelson e Russell, 1995).

Alguns fatos observacionais intrnsecos sobre grupos de manchas bipolares so que a

polaridade das manchas a mesma, para todo um ciclo de 11 anos, revertendo seu sentido

no incio do novo ciclo. Esta regra da polaridade das manchas solares foi proposta por Hale

e Nicholson em 1925 e foi mostrado que ela obedecida por 97% dos grupos de manchas

solares. Dois ciclos de manchas solares so necessrios para o Sol retornar ao mesmo

estado de polaridade, resultando numa periodicidade de 22 anos que conhecido como

ciclo de Hale (Priest, 1987).

Em funo da atividade solar variar com o perodo de 11 anos, as estruturas do meio

interplanetrio e o campo magntico interplanetrio tambm variam sistematicamente com

este mesmo perodo. Com o congelamento das linhas de campo ao plasma, devido ao fato

do vento solar ser altamente condutor, o campo magntico do Sol arrastado com o vento

solar ao longo do meio interplanetrio, cuja intensidade prxima a Terra da ordem de 5

nT. O vento solar e o campo magntico interplanetrio (Interplanetary magnetic field -

IMF) interagem com o campo magntico terrestre configurando uma regio chamada

magnetosfera. Perturbaes no campo magntico interplanetrio podem ser causadas por

fenmenos solares como buracos coronais, exploses solares e ejees de massa coronal, e

assim propiciar alteraes no campo magntico terrestre. As exploses solares e as ejees

de massa coronal so formas de atividade solar de pequena durao, mas cujas freqncias

seguem o ciclo de atividade solar (Parks, 1991; Kivelson e Russell, 1995).

A energia mdia radiada para a Terra, conhecida como irradincia total do Sol ou constante

solar, foi por muito tempo considerada invariante, mas sabe-se agora que ela varia em

escalas de tempo de dias a dcadas e provavelmente escalas maiores. No topo da atmosfera

da Terra a irradincia total do Sol aproximadamente 1366 W/m2. Durante o curso do ciclo

solar de 11 anos, a energia mdia emitida pelo Sol muda por aproximadamente 0.1%.

28

Assim, a constante solar varia entre 1365 a 1367 W/m2 (Lean, 1991; Frlich e Lean,

1998).

No mximo do ciclo solar quando as manchas solares escuras so mais numerosas no disco

solar, o Sol emite energia com uma intensidade maior. A energia extra liberada no mximo

das manchas solares vem das reas brilhantes rodeando as manchas ativas, as Faculae,

reas mais brilhante do que a superfcie que as rodeiam, que aumenta a sada radiativa total.

Durante o mnimo de Maunder, que ocorreu na ltima metade do sculo 17, tem sido

postulado que a superfcie do Sol no foi somente desprovido de manchas e faculae, mas

tambm foi menos brilhante (Hoyt and Schatten, 1997; Reid, 1995; Seinfeld and Pandis,

1998).

Em outros comprimentos de onda tais como UV e EUV a variabilidade solar pode ser

muito maior. Em comprimentos de onda em raios-X, o Sol pode mudar por um fator de 100

ou mesmo 1000 em poucos minutos, mas estes comprimentos de ondas somente afetam a

alta atmosfera (Lean, 1991). A Figura 2.2 mostra uma seqncia de 5 anos de imagens em

raios-X do Sol do mximo ao mnimo solar.

Figura 2.2: Imagem mostra uma seqncia de imagens em raios-X do Sol do mximo ao

mnimo solar.

FONTE: NGDC NOAA, satlite YOHKOH Telescpio Raios-X.

Pensa-se que a energia total que sai do Sol tem mudado significativamente sobre uma longa

escala de tempo. Existe evidncia que a energia total do Sol pode ter sido mais baixa do que

1360 W/m2 durante o sculo 19 e, mesmo mais baixa durante o sculo 17. Sobre esta escala

29

de tempo de centenas de anos, a sada de energia do Sol pode ter mudado por 0.5% (Lean e

Rind, 1994; Seinfeld and Pandis, 1998).

O comportamento da atividade solar no passado baseado em dados histricos de auroras e

catlogos de observaes a olho nu das manchas solares. Atravs destes catlogos foram

encontrados perodos em torno de 11, 90, 200, 400 anos. De um catlogo de 2000 anos de

observaes das manchas solares feitas na China foi obtido o espectro de potncia de

variaes de longos perodos da atividade solar e foi encontrado um perodo de 210 anos

(Dergachev e Raspopov, 2000).

A existncia de periodicidades solares de aproximadamente 210 e 90 anos em sinais

climticos obtidos de dados de crescimento de anis de rvores, sedimentos marinhos,

varves, 18O em testemunhos de gelo etc. mostra que a irradncia solar e a entrada de energia solar na Terra podem estar variando com as variaes e tendncias de longos

perodos da atividade solar (Dergachev e Raspopov, 2000).

Medidas feitas por satlites desde 1979 fornecem um registro preciso da sada de energia do

sol, em escala de tempo de minutos a dcadas. No existem medidas diretas da radiao

solar estendendo-se alm do ltimo sculo ou mais. Os registros, indicadores, mais longos

da atividade solar so derivados da abundncia de istopos atmicos que so produzidos na

atmosfera pelo impacto de raios csmicos, a taxa de incidncia pela qual a Terra afetada

pelas condies do Sol, e assim fornecem uma histria da mudana solar (Stuiver, 1980).

Quando o Sol est mais ativo, seu prprio campo magntico blinda mais efetivamente os

raios csmicos que caso contrrio chocar-se-iam com a atmosfera da Terra reduzindo assim

a produo de 14C; contrariamente, quando o Sol est menos ativo, a Terra recebe mais

raios csmicos, produzindo mais 14C. Istopos de 14C, encontrado em anis de rvores, e 10B, aprisionado em depsitos de gelo, so sensveis ao influxo de raios csmicos. Os

registros desses istopos existem h milhares de anos. Eles exibem variaes cclicas em

torno de 2300, 210 e 88 anos, bem como os ciclos de 11 anos das manchas solares, todos

atribudos ao Sol (Murphy et al., 1996; Bucha, 1998; Seinfeld and Pandis, 1998; Raspopov

et al., 2001). A Figura 2.3 mostra a concentrao de 14C de anis de rvores proporcional

30

atividade solar e plotado junto com o nmero de manchas solares. Os ltimos mil anos

revelam dois ou possivelmente trs grandes mnimos: (1) o mnimo de Maunder de 1645 a

1715, (2) o mnimo de Spoerer em torno de 1500, e (3) o mnimo de Wolf em torno de

1350. O Grande Mximo na atividade solar prximo de 1200 tambm evidente (Eddy,

1976).

Figura 2.3: Valores medidos da concentrao de 14C (curva slida) plotado junto com o

nmero de manchas solares. O mnimo de Maunder (1645-1715) claramente

evidente, Mas o Mnimo de Dalton (1795-1825) menos claro. A lenta

resposta do 14C no tempo tende a obscurecer variaes mais fracas tais como o

mnimo de Dalton. Tambm notado o mnimo de Spoerer em torno de 1500,

e outro grande mnimo em torno de 1350. Crculos pretos so dados de

manchas solares vistas a olho nu.

FONTE: Eddy, 1976.

A presente produo de 14C e 10B perece estar prxima aos nveis historicamente baixos,

como um resultado da persistncia da alta atividade solar que inibe a taxa com a qual estes

istopos so produzidos. Existe um aumento na radiao solar total de ~0.25% sobre os

ltimos 300 anos (Seinfeld and Pandis, 1998).

2.2: Causas das mudanas climticas

A atmosfera no esttica. Ao contrrio, ela est sempre em constante agitao. As

caractersticas atmosfricas mudam de lugar para lugar e com o decorrer do tempo em

qualquer lugar e em escalas de tempo que variam desde os microssegundos at centenas de

anos. Existem interaes importantes dentro da atmosfera, que podem ser resultantes ou

mesmo causadoras de tais mudanas. Essas so apropriadamente denominadas mecanismos

31

de realimentao, pois no existem processos simples unidirecionais de causa e efeito, uma

vez que os efeitos freqentemente retornam para alterar suas causas. Assim, as mudanas

dentro da atmosfera podem ser internamente induzidas dentro do sistema Terra-atmosfera

ou externamente induzidas por fatores extraterrestres (Ruddiman, 2001; IPCC, 1995;

Ayoade, 1998).

Uma mudana no clima implica em uma mudana na circulao geral da atmosfera, da qual

o clima depende em ltima anlise. Contudo, o clima envolve no somente a atmosfera

como tambm a hidrosfera, a biosfera, a litosfera e a criosfera. Estes so os cincos

componentes que formam o sistema climtico. Este sistema tambm est sujeito a

influncias extraterrestres, particularmente do Sol. Portanto, o clima depende de, ou

determinado por, dois fatores principais: 1) a natureza dos componentes que formam o

sistema climtico e as interaes entre vrios componentes; 2) a natureza das condies

geofsicas exteriores ao sistema climtico e as influncias que exercem sobre o sistema

climtico (Hoyt e Schatten, 1997; Seinfeld and Pandis, 1998).

O estado climtico em qualquer perodo depende de trs fatores cruciais que so: a) a

quantidade de energia proveniente do Sol recebida pelo sistema climtico; b) a maneira

pela qual esta energia distribuda e absorvida sobre a superfcie da Terra; c) a natureza da

interao dos processos entre os vrios componentes do sistema climtico.

As teorias de mudana climtica tentam explicar as variaes temporais nos trs fatores

acima. Contudo, as variaes no clima ocorrem em diferentes escalas de tempo e, portanto,

podemos requerer diferentes teorias para explicar tais variaes. Esta a razo por que

nenhuma teoria isolada de mudana climtica foi considerada satisfatria na explicao de

todas as variaes que ocorreram no clima mundial. Alm disso, acredita-se que vrios

fatores atuam para causar uma mudana no clima. As vrias teorias de mudana climtica,

que foram formuladas no decorrer dos anos, podem ser discutidas sob trs amplas

categorias, a saber: causas terrestres, astronmicas e extraterrestres (Ayoade, 1998; Hoyt e

Schatten, 1997; Seinfeld and Pandis, 1998).

32

A. Causas terrestres: 1) Migrao polar e deriva continental, 2) Mudanas na topografia da

Terra, 3) Variaes na composio atmosfrica, 4) Mudanas na distribuio das

superfcies continentais e hdricas, 5) Variaes na cobertura de neve e de gelo,

B. Causas astronmicas: 1) Mudanas na excentricidade da rbita terrestre, 2) Mudanas na

precesso dos equincios, 3) Mudanas na obliqidade do plano de eclptica.

C. Causas extraterrestres: 1) Variaes na quantidade de radiao solar emitida (output

solar), 2) Variaes na absoro da radiao solar exterior atmosfera terrestre.

Dos vrios mecanismos que tm sido propostos para explicar mudanas de longos perodos

no clima devido a efeitos de fenmenos solares, trs diferentes aspectos da variabilidade

solar podem, de modo concebvel, ter um impacto direto no ambiente da superfcie da

Terra. So: 1) Variaes na irradincia espectral, especialmente prximo ao UV e no UV

mdio, levando a mudanas no UV ambiente na superfcie da Terra, e possivelmente

conduzindo variaes na dinmica troposfrica; 2) Variao da irradincia total do Sol (a

constante solar), levando a mudanas no balano de radiao planetria, e a variaes no

clima regional e global; 3) Variaes no vento solar, levando a mudanas na ionizao

atmosfrica por raios csmicos e no circuito eltrico global, com potencial conseqncia

para a nucleao e desenvolvimento de nuvens (Reid, 1999).

2.3: A conexo Sol-Clima

Os primeiros registros da relao entre o Sol e Terra datam de 400 anos antes de Cristo, na

Grcia Antiga, quando Meton registrou o nascer do Sol e da Lua, durante 20 anos, com

esperana de encontrar mudanas na suas localizaes. Atravs de suas observaes, ele

percebeu manchas na face do Sol. Ao examinar seus registros pareceu confirmar-se suas

crenas que quando o Sol tem mais manchas, o tempo tende a ser mido e chuvoso (Hoyt

and Schatten, 1997).

Manchas solares, flares, ejees de massa coronal, e outros tipos de atividade magntica,

bem como o ciclo solar de 11 anos, devem sua existncia ao campo magntico solar. Junto

com as variaes de 11 anos esto mudanas com durao mais longa, tais como o ciclo de

33

Gleisssberg, com variaes de escala de tempo de aproximadamente 100 anos. Estas

variaes solares de longo perodo fazem do Sol um candidato para influenciar nosso clima

sobre longas escalas de tempo (Kivelson e Russell, 1995).

A quantidade de radiao solar que alcana a Terra e as mudanas na orientao da Terra

ao Sol tm sido as maiores causas de mudanas climticas atravs de sua histria. Se a

intensidade da radiao do Sol diminuir 5 a 10% e no existir outro fator compensatrio, o

gelo tragaria o planeta em menos de um sculo. Durante os milhes de anos passados, a

Terra experimentou 10 grandes e 40 pequenas pocas de glaciaes. Todas parecem ter sido

controladas por trs elementos orbitais que variam ciclicamente sobre o tempo. Primeiro,

mudanas na inclinao da Terra de 22o a 24.5o a cada 41000 anos. Segundo, quando a

Terra est mais prxima do Sol tambm varia com ciclos de 19000 e 24000 anos. Terceiro,

a forma de rbita da Terra varia de uma forma mais circular para uma mais elptica com um

perodo de 100000 anos (Seinfeld and Pandis, 1998).

Os ciclos climticos causados por estes fatores orbitais so chamados de ciclos de

Milankovitch. Superposto aos ciclos de Milankovitch esto mudanas no Sol que ocorrem

sobre dias ou meses ou poucos anos. Mudanas orbitais sozinhas perecem no ter causado

as vastas mudanas do clima associadas com glaciaes e no glaciaes. Realimentaes,

tais como mudanas na refletividade da Terra, quantidade de partculas na atmosfera, e o

contedo de dixido de carbono e metano da atmosfera, atuam juntos com as mudanas

orbitais para aumentar o aquecimento e o resfriamento global. Os nveis de dixido de

carbono e metano, como mostrado nas medidas dos testemunhos de gelo, decrescem

durante tempos de glaciaes e aumentam durante perodos de aquecimento, embora no se

saiba exatamente como ou por que suas concentraes crescem ou decrescem (Seinfeld and

Pandis, 1998).

Outras variaes terrestres (ex., aerossis vulcnicos) podem influenciar o clima por

poucos anos, mas no podem dirigir o sistema do clima como forante de longa escala de

tempo necessrio para fornecer qualquer coisa alm de distrbios temporrios e irregulares.

34

A reduo de energia de aproximadamente 0,1% provavelmente no seja suficiente para

influenciar o clima. Talvez mais crticas do que a variao de 0,1% na constante solar

sejam as variaes na irradincia espectral. Curtos comprimentos de onda no UV e EUV

variam mais do que 10% atravs do ciclo solar. Estas variaes podem influenciar

significativamente as camadas mais sensveis e rarefeitas da atmosfera da Terra e assim

podem ter importantes implicaes para mudanas do clima (Lean, 1991; Seinfeld and

Pandis, 1998).

Registros da atividade solar antigamente podem ser deduzidos de istopos cosmognicos

(10Be, 18O, 14C, etc.) os quais mostram que registros da temperatura da Terra

freqentemente, parecem estar correlacionados diretamente com a atividade solar: quando a

atividade alta, a Terra quente (Hoyt and Schatten, 1997).

Durante a pequena era do gelo, no sculo 17, o clima foi notavelmente mais frio em todo o

mundo. Este est correlacionado com o mnimo de Maunder, um intervalo com poucas

manchas solares e auroras (tempestades geomagnticas). Nos sculos 11 e 12, um mximo

medieval na atividade solar corresponde a condies climticas mais favorveis. No final

de 1700 e incio dos anos de 1800, mnimo moderno ou de Dalton, a atividade solar

diminuiu, e esta era provocou frio (Hoyt and Schatten, 1997). A Figura 2.4 mostra os

grandes mximos e mnimos na atividade solar para o ltimo milnio, pocas de mnimos

de Oort, Wolf, Sprer, Maunder e Dalton, e mximos Medieval e Moderno (Rigozo et al.

2001). agora aceito que o resfriamento global durante a Era do Gelo o resultado de

mudanas na distribuio e quantidade de luz do Sol que alcana a Terra. Durante a ltima

era do gelo, a temperatura mdia global da Terra foi de aproximadamente 6 oC mais fria do

que hoje (Seinfeld and Pandis, 1998).

35

Figura 2.4: Reconstruo do nmero de manchas solares para o ltimo milnio, obtidos da

srie temporal do nmero de manchas solares (Rz) para o perodo de 1700-1999,

mostrando os grandes mximos e mnimos na atividade solar, pocas de

mnimos de Oort, Wolf, Sprer, Maunder e Dalton, e mximos Medieval e

Moderno.

FONTE: Adaptado de Rigozo et al. 2001.

Nos ciclos recentes, a atividade solar apresenta-se em nveis relativamente elevados. O

aumento da temperatura global est aproximadamente paralela a atividade solar (Hoyt and

Schatten, 1997). Dados da temperatura global esto disponveis desde aproximadamente

1860 at o presente. As Figuras 2.5a e 2.5b mostram a comparao da temperatura mdia

global e a atividade solar. Estas correlaes so evidncias que o Sol tem contribudo para o

aquecimento global do sculo 20. Estima-se que aproximadamente 1/3 do aquecimento

global pode ser o resultado de um aumento na energia solar. Ento, no est claro que a

atividade humana esteja mudando o clima hoje. A atividade solar pode tambm estar

contribuindo para mudanas no clima e provavelmente mudado o clima no passado (Reid,

2000; NGDC NOAA).

36

As mudanas da temperatura mdia da superfcie da Terra para os ltimos 150 anos

mostram uma boa correlao com tendncias de longos perodos da atividade solar, levando

em conta as variaes solares cclicas dos perodos de aproximadamente 210 a 90 anos.

Assim, uma significante parte do aumento da temperatura da superfcie da Terra durante os

ltimos 150 anos poder estar relacionada a ciclicidade de longos perodos nos processos do

Sol (Dergachev e Raspopov, 2000).

De acordo com pesquisas de Crowley (2000), entre 40-65% das variaes de temperatura

na escala de dcadas durante os 1000 anos antes de 1850 foram causadas por mudanas na

irradincia solar e vulcanismo. Enquanto que vulces individuais, usualmente, somente

causam impactos no clima por um ano ou mais, erupes conjuntas podem perturbar o

sistema climtico por perodos mais longos de tempo.

Figura 2.5a: Temperatura da rea continental do hemisfrio norte plotado com o

comprimento do ciclo solar.

FONTE: Friss-Christensen and Lassen, 1991.

37

Figura 2.5b: Temperatura mdia global da superfcie do mar plotado com o nmero de

manchas solares. Na similaridade dessas curvas evidente que o Sol tem

influenciado o clima dos ltimos 150 anos. Tanto o nmero de manchas

solares e o comprimento do ciclo solar so representativos da quantidade de

energia solar que a Terra recebe.

FONTE: Reid, 1999.

A Terra tem esquentado aproximadamente 0,8oC desde o sculo 17. Estimativas da

temperatura da superfcie do hemisfrio norte de 1600 a 1800 se correlacionam bem com

uma reconstruo das mudanas na radiao solar total, sugerindo uma influncia solar

predominante no clima durante estes 200 anos, perodo pr-industrial.

A radiao solar aumentou de 0,14% nestes 200 anos enquanto a temperatura subiu 0,28

oC. A sensibilidade do clima indicado neste registro 2oC por 1% de mudana na emisso

de radiao solar. Aplicando esta sensibilidade para o perodo desde 1850, o aumento de

0,13% na radiao solar total nos ltimos 140 anos teria produzido um aquecimento de 0,26 oC. Isto , aproximadamente metade do que tem sido observado. Se aplicarmos a mesma

sensibilidade nos ltimos 25 anos, mudanas solares podem dar conta por menos do que um

tero do aquecimento observado (Seinfeld and Pandis, 1998).

38

2.4: Estudo da Relao Sol-Terra por Registros Naturais

Os estudos cientficos sobre o passado so baseados em medidas feitas sobre registros

naturais que, de uma maneira geral, fornecem informaes sobre fenmenos do passado

acontecidos antes de o homem comear a estud-los. Os registros naturais permitiram

desenvolver muitas cincias do passado como: paleomagnetismo e arqueomagnetismo,

paleoclimatologia, paleontologia, arqueologia etc. (Nordemann e Rigozo, 2003).

As mudanas climticas do passado, nas diferentes escalas de tempo, so estudadas com a

utilizao de diferentes tcnicas e evidncias. As discusses dos climas passados esto

organizadas em duas partes. A primeira trata dos climas passados durante um perodo

geolgico anterior histria registrada. A segunda trata dos climas durante a histria

registrada. Nosso conhecimento do clima predominante na fase anterior histria registrada

vem de fontes indiretas de evidncia na crosta terrestre. Tais evidncias de climas passados

so muito variadas (Ayoade, 1998).

Variaes paleoclimticas envolvem um amplo intervalo de escala de tempo, e suas causas

associadas operam em diferentes freqncias. Muitos trabalhos paleoclimticos tm

focalizado que as variaes de longos perodos no clima esto envolvidas com mudanas

das placas tectnicas. Outros trabalhos evidenciam variaes intermedirias, associadas s

caractersticas orbitais da rotao da Terra, causando ciclos glaciais e interglaciais.

Variaes mais curtas, de sculos a milnios, como os ciclos de eroso, de mudana

vegetacional, e da histria da humanidade tm sido reconstrudos e correlacionados a ciclos

da atividade vulcnica, das variaes nos gases atmosfricos e da atividade solar.

Informaes paleoclimticas enfatizando variaes de escalas de tempo de estaes a

sculos podem ser obtidas em registros de testemunhos de gelo, sedimentos de varves,

corais e anis de crescimento de rvores. Variaes com freqncias maiores tm sido

identificadas como os eventos El Nio/ Southern Oscillation (ENSO), as variaes solares

anuais, o vu de poeira vulcnica, oscilao bienal da atmosfera e variabilidade climtica

aleatria (Fritts, 1991).

Os efeitos do fenmeno El Nio no clima da Amrica do Sul so importantes e tipicamente

induzem secas no nordeste do Brasil e fortes chuvas com inundaes no sul. A cronologia

39

dos anis de crescimento de rvores representa um dos registros naturais e pode ser usada

para inferir a evoluo de tais eventos durante perodos passados, sem registros climticos

instrumentais, bem como a influncia da atividade solar na taxa de crescimento da rvore

(Nordemann et al., 2002).

H muitos anos que os especialistas avaliam a idade das rvores pela contagem de seus

anis de crescimento anuais, a dendrocronologia. Essa palavra tem origem na associao de

trs palavras do grego antigo: dendro-crono-logia rvore-tempo-estudo.

A dendrocronologia determina a idade das rvores pela anlise dos anis de crescimento

formados em seu tronco ano a ano e estabelece relaes com eventos climticos

(Schweingruber, 1988). A dendrocronologia uma tcnica que caracteriza os anis de

crescimento anuais de rvores, que registram tambm na celulose de suas clulas a

atividade do 14C (Stuiver and Quay, 1980).

Inmeras so as aplicaes desta cincia. Dentre elas destacam-se os estudos que

comprovaram o ciclo das manchas solares, pois foram observados valores das larguras de

anis de crescimento de diferentes espcies arbreas, que relacionaram-se aos perodos de

maior e menor atividade solar (Dergachev e Raspopov, 2000; Raspopov et al., 2001,

Rigozo et al., 2004).

A dendroarqueologia tem auxiliado na datao de peas de madeira encontradas em stios

arqueolgicos e de obras de arte. A dendroclimatologia relaciona os anis de crescimento

anual com as condies climticas, permitindo reconstrues e caracterizaes de

mudanas na temperatura global e da alternncia de perodos secos e midos que ocorreram

no passado. A dendroecologia possibilita determinar o desenvolvimento das rvores em

plantaes, definir os processos de manuteno das reas plantadas para a obteno da

rentabilidade desejada, bem como caracterizar os efeitos do desmatamento sobre o

restabelecimento das populaes nativas. A Dendrogeologia relaciona as dataes de

eventos geolgicos passados como erupes vulcnicas, terremotos, movimento de dunas,

entre outros (Seitz e Kannimen, 1989).

40

As primeiras descries sobre anis de crescimento foram feitas por Leonardo da Vinci no

sculo XV, ao verificar a relao entre os perodos de chuva e o crescimento das rvores

(Fritts, 1976).

Com o advento do microscpio os estudos anatmicos se desenvolveram de tal forma que

em 1855 j se conhecia como os lenhos das rvores se desenvolviam (Schweingruber,

1988). Com estas observaes estavam criados os princpios bsicos da dendrocronologia,

possibilitando associar os anis de crescimento anuais de rvores com os eventos

ambientais e sua devida datao.

Dados de anis de crescimento de rvores podem ser analisados para revelar padres

espacial e temporal da variao do clima em resposta a forantes naturais, tais como ENSO,

erupes vulcnicas, e ciclos solares (Fye, 2001).

Com a largura dos anis de crescimento de rvores pode-se estudar a variabilidade anual de

crescimento e correlacionar com temperatura e precipitao. Devido a extensa localizao

das rvores sobre o globo, os registros dos anis de crescimento revelam padres de

oscilaes que diferem de regio para regio. Um registro de anis de rvores de 2290 anos

da Tasmnia documenta um modo oscilatrio relativamente estvel com perodos mdios

de 31, 56, 79 e 204 anos (Schimel e Sulzman, 1995).

Os anis de crescimento de conferas aparecem em cortes transversais do tronco sob a

forma de uma sucesso de zonas claras e zonas escuras. As primeiras correspondem

madeira formada no incio do perodo de crescimento (lenho inicial ou primaveril), com

clulas caracterizadas por paredes celulsicas finas e grandes dimetros citoplasmticos. A

madeira produzida no final do perodo de crescimento (lenho tardio ou outonal),

constituda por clulas com paredes celulsicas espessas e reduzidos dimetros

citoplasmticos (Amaral, 1994; Lisi, 2000).

A transio entre o lenho inicial e o tardio de um nico ano progressiva, com as

dimenses das clulas variando de maneira quase contnua do incio ao fim do perodo de

crescimento. A passagem do lenho tardio de um ano para o inicial do ano seguinte

abrupta, permitindo a determinao anatmica dos anis sucessivos e a medio de sua

41

largura (Amaral, 1994). Na Figura 2.6 mostrada a estrutura dos anis de crescimento de

conferas (corte transversal) apresentando o lenho inicial ou primaveril e o lenho tardio ou

outonal.

Figura 2.6: Estrutura dos anis de crescimento de conferas apresentando: o lenho inicial

(earlywood) apresenta clulas com paredes finas e grande dimetros,

aparecendo em cores claras, (b) o lenho tardio (latewood) apresenta clulas

com paredes grossas e dimetro pequeno, aparecendo em cores escuras.

FONTE: University of Arizona.

Os estudos dendrocronolgicos utilizam rotineiramente espcies arbreas que se

desenvolvem em regies de clima temperado, pois o inverno rigoroso ocasiona a parada de

crescimento do lenho dessas rvores, formando anis de crescimento anuais. No entanto,

particularmente interessante o uso de espcies de regies de clima sub-tropical e/ou

tropical, visto que tratam-se de regies com a maior biodiversidade atualmente e por serem

pouco estudadas (Lisi, 2000).

Nas regies de contraste bem fortes entre as estaes, latitudes mdia e elevada, os anis

so geralmente bem marcados. Algumas espcies de rvores apresentam anis bem ntidos

enquanto em outras as transies so pouco aparentes. Entre as rvores que apresentam

anis bem visveis destacam-se as conferas como, por exemplo, os pinheiros, as araucrias

e os ciprestes. Estas rvores apresentam anis bem visveis mesmo em regies de menor

contraste entre as estaes (Nordemann e Rigozo, 2003). Regies de montanhas so

excelentes fontes de registros paleoambientais por que seus sistemas fsico e biolgico so

42

altamente sensveis a variaes climticas e estes sistemas fornecem registros atravs de um

intervalo de resolues espacial e temporal. Anis de rvores de lugares de altas elevaes

fornecem registros climaticamente sensveis que podem estender-se sobre mil anos ou mais

com resoluo anual a sazonal (Luckman, 1994).

Cronologias dos ndices de espessuras dos anis de crescimento de rvores tm sido usadas

como registro das variaes dos ciclos solares no passado. Os modelos das variaes da

espessura dos anis de crescimento geralmente indicam a presena de longos e curtos

perodos na fase de crescimento. Em alguns casos, um significante ciclo de 11 anos

evidente, com um pequeno atraso de tempo em relao ao ciclo solar. Normalmente,

qualquer sinal solar superposto sobre outros sinais mais importantes, que so as

periodicidades climticas (no relacionadas atividade solar), que possuem uma influncia

intensa nos fatores de crescimento das rvores, tornando difcil a identificao direta da

atividade solar, a partir das anlises do ndice da espessura do anel (Rigozo, 1999).

2.5: Variaes de longo perodo na atividade solar e clima: Evidncias

dendrocronolgicas

Longas cronologias de variaes cclicas na atividade solar tm sido reconstrudas de uma

ampla variedade de fontes de dados. Entre estas esto os anis de crescimento de rvores.

Variaes de curtos e longos perodos da atividade solar parece exercer influncia em

alguns fenmenos terrestres (Murphy, 1990).

evidente que qualquer conjunto de dados de anis de rvores ser influenciado somente

pelo clima local e que o grau de resposta a diferentes fatores climticos variar de acordo

com a espcie, idade e localizao de rvores individuais. Entretanto, espera-se alguma

resposta mudanas no Sol para variar similarmente entre os conjuntos de dados. Portanto,

ao todo, possvel que mudanas climticas globais serem perceptveis se o conjunto de

dados cobrir uma rea geogrfica suficientemente grande (Keqian e Butler, 1998).

O clima global no necessariamente responde rapidamente a mudanas na entrada de

energia solar. Prximo a grandes oceanos, a inrcia trmica do mar prolongar e adiar o

efeito das mudanas do forante solar, em outras palavras, os oceanos suavizam e atrasam

43

as mudanas climticas. O atraso no efeito pode ser da ordem de uma ou mais dcadas

dependendo do tamanho do oceano e sua latitude. Assim, rvores individuais estaro

sujeitas a diferentes funes de atraso e suavizao de acordo a sua localizao (Keqian e

Butler, 1998).

Nos ltimos tempos, estudos de anis de rvores esto sendo usados para determinar ou

verificar fatores climticos que prevalecem em um dado lugar ou regio que pode causar

variaes na largura dos anis de rvores, e empregados para inferir fenmenos solares

(Rigozo, 1999; Rigozo et al., 2004; Raspopov et al., 2004; etc).

A relao entre a largura dos anis de crescimento de rvores e variaes nas atividades

solares tem sido estabelecida em numerosos estudos no crescimento de rvores em

condies climticas crticas. Dados dendrocronolgicos e outros dados paleoclimticos

indicam que o efeito mais pronunciado de variaes na atividade solar no clima

observado para processos solares com periodicidades de 20 anos e maiores (Raspopov et

al., 2001). Raspopov et al., (2001) realizaram anlises espectrais da concentrao de 14C em

anis de rvores para os ltimos 8000 anos e variaes na largura dos anis em madeiras

dos hemisfrios norte e sul para vrias centenas de anos encontrando variaes climticas

de longos perodos correspondendo a oscilaes na atividade solar. Os perodos

encontrados por eles foram: 2400, 720, 420, 210, 90, e 22-23 anos.

Um monitoramento indireto das variaes de curto e longo perodos da atividade solar no

passado foi feito por Stuiver e Quay (1980), atravs de medidas de 14C induzidos na atmosfera terrestre e registros em rvores. Mudanas na taxa de produo de 14C so

inversamente associadas magnitude da atividade solar. Em pocas quando a atividade

solar mxima existe uma produo mais baixa de 14C e em pocas quando a atividade

solar mnima existe uma produo maior de 14C. Estas flutuaes esto presentes em

escalas de tempo de sculos bem como em escalas de tempo de dcadas, incluindo o ciclo

solar de 11 anos. Em sries temporais mais recentes de 14C estudadas em anis de

crescimento de rvores de Bashkiria, Rssia, Kocharov et al. (1995) encontraram perodos

prximos de 21 anos, 9.4-13.5 anos e 5.5 anos em suas anlises espectrais por Fourier e

mtodos de mxima entropia. Damon et al. (1998) estudando uma srie temporal de 14C

44

em anis de rvores, para o intervalo de tempo entre 1065 e 1250 D.C., encontraram

perodos em 24.3, 9.8-13.9 e 5.5 anos. Eles tambm encontraram um perodo prximo a 52

anos, que foi atribudo a uma possvel influncia do quarto harmnico do ciclo de Suess.

No inicio do ltimo sculo o astrnomo A. E. Douglass comeou a estudar a largura de

anis de rvores do Arizona e encontrou variaes cclicas de 11.3, 21.2 e 32.8 anos,

atribuindo o ciclo de 11.3 anos ao ciclo do nmero de manchas solares (Hoyt and Schatten,

1997). Evidncias do ciclo solar de 11 anos tambm foram encontrados em sries de anis

de crescimento de rvores de Formosa por Mori (1981), com uma defasagem aproximada

de 2.8 anos. Kurths et al. (1993) estudando duas conferas do Mioceno da Alemanha, de

idade absoluta de 15-20x106 anos, tambm encontrou forte indicao do ciclo solar de 11

anos registrado nos anis de crescimento destas amostras. Murphy (1990) observou

periodicidades de 9-13 anos, 22 anos, relacionado ao ciclo solar de Hale, e 90 anos, ao ciclo

solar de Gleissberg, em anis de rvores da Austrlia, que ele atribuiu a uma possvel

influncia solar. Rigozo (1999) estudando a espessura dos anis de crescimento de rvores

do Sul do Brasil e do Chile encontrou perodos em torno dos ciclos solares de 11, 22 anos,

e de amostras de Concrdia (SC) foi encontrado o ciclo solar de Gleissberg em torno de 90

anos.

45

46

CAPTULO III

MATERIAIS E MTODOS

Para a realizao deste trabalho, sobre o estudo das relaes Sol-Terra empregando anis de

crescimento de rvores, foram desenvolvidos os seguintes passos: Primeiro: pesquisa

bibliogrfica do estudo da atividade solar e da variabilidade climtica em registros de anis

de rvores do presente e em fsseis; Segundo: levantamento dos locais e das possveis

amostras a serem coletadas; Terceiro: aquisio das licenas para a coleta das amostras de

rvores petrificadas e amostras de araucrias, junto aos rgos responsveis; Quarto:

pesquisas de campo para a coleta de amostras de rvores atuais e petrificadas.

Neste captulo so apresentados, passo a passo, os procedimentos de seleo do material e

mtodos que foram utilizados na coleta e tratamento das amostras, bem como os mtodos

de anlises dos dados empregados.

3.1 Descrio do material empregado no estudo

O emprego de anis de crescimento de conferas no estudo das relaes Sol-Terra, no

passado, deve-se a estudos preliminares apresentarem fortes indcios de sinais climticos e

do ciclo solar de 11 anos (Stuiver and Quay, 1980; Ammons et. al, 1983; Murphy, 1990;

Kurths et. al., 1993; Nordemann et. al., 2002; Nordemann e Rigozo, 2003; Rigozo et. al,

2004). Neste estudo empregaram-se amostras da flora gimnosprmica, conferas, do

presente, araucria, e do passado, rvores petrificadas de aproximadamente 200 milhes

de anos atrs. As localizaes no espao (localizao dos continentes) e no tempo (tempo

geolgico) das amostras empregadas neste trabalho so mostradas nas Figuras 3.1 e 3.2,

respectivamente.

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Figura 3.1: Ilustrao mostrando a fragmentao do PANGEA dando origem aos

continentes EURSIA e GONDWANA h 225 milhes de anos. A partir

da, o Gondwana e a Eursia se fragmentam e comea a migrao

continental, com o afastamento da Amrica do continente africano/europeu

FONTE: http://pubs.usgs.gov/publications/text/historical.html (U.S.

Geological Survey)

48

Figura 3.2: Escala de tempo geolgico. FONTE: U.S. Geological Survey

A maior independncia da gua garantiu s gimnospermas seu grande sucesso adaptativo

no Mesozico (Era Mesozica (do grego: meso = meio + zoe = vida) durou de 248,2 a 65

milhes de anos), um perodo caracterizado por extensas e contnuas massas de terra

(Figura 3.1) favorecedoras da disperso da flora, mas tambm pela existncia de reas secas

e quentes no interior. Durante este tempo da histria da Terra, numerosos grupos de

plantas, especialmente as conferas, puderam espalhar-se por ambos os hemisfrios, uma

situao bastante distinta daquela que caracteriza seus grupos modernos (Dutra e Stranz, 2000, Dutra et al., 2002).

A partir do final do Trissico inicia-se o segundo momento significativo da vida das

gimnospermas. Sua diversidade to expressiva em tipos e rgos preservados que poderia

ser comparada com a atualidade. Os fsseis, embora de difcil atribuio taxonmica

devido mescla de caracteres de diferentes famlias modernas, permitem avaliar a presena

das Cycadophyta, Ginkgophyta e de muitos grupos de Coniferophyta (Araucariaceae,

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Podocarpaceae, Cupressaceae e Cheirolepidiaceae) (Stockey, R. A. 1990; Dutra et al., 2002).

As Coniferophyta (Carbonfero ao Recente) so o grupo moderno de gimnospermas mais

abundante e de distribuio mais ampla. Conhecidas popularmente como "pinheiros",

parecem ter sido as nicas a resistir presso exercida pela chegada das angiospermas,

refugiando-se em nichos onde estas no se adaptavam to bem. A partir do Tercirio, com a

separao dos continentes e o surgimento de condies globais menos aquecidas, passaram

a se distribuir preferencialmente em latitudes subtropicais e temperadas ou em altitude, em

zonas caracterizadas pela presena de boa umidade atmosfrica (Figura 3.3) (Taylor e

Taylor, 1993; Enright e Hill, 1995; Dutra e Stranz, 2000; Dutra et al., 2002).

Figura 3.3: Ocorrncia de representantes da famlia Araucariaceae durante o Tercirio.

FONTE: Dutra et al., 2002.

Fragmentos de lenho silicificado com afinidades coniferides so comuns nas bacias

brasileiras. Para o Trissico, no sul do Brasil, onde compem verdadeiras "florestas

petrificadas", foram atribudos ao morfognero Araucarioxylon, um lenho secundrio de

estrutura gimnosprmica araucariide (picnoxlico com traquedeos unisseriais e

pontuaes areoladas), sem medula preservada (Guerra-Sommer et. al., 2000; Dutra et al.,

2002).

50

As amostras de gimnosperma do presente e do passado distante empregadas neste trabalho

so descritas a seguir:

3.1.1 Amostras do presente - Araucaria angustifolia

A espcie florestal foi selecionada em funo de suas (i) caractersticas morfolgicas e

anatomia da madeira, (ii) rea de ocorrncia e (iii) potencial dendrocronolgico. Atendendo

a estes critrios foi selecionada a espcie Araucaria angustifolia, cujas caractersticas so

apresentadas a seguir:

Segundo paleontlogos, as espcies de araucrias surgiram na Era Mesozica, h cerca de

200 milhes