UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOCIÊNCIAS RECONSTITUIÇÃO PALEO-CLIMÁTICA E PALEO- AMBIENTAL DO PLEISTOCENO TARDIO NO SUL DA PLANÍCIE COSTEIRA DO RIO GRANDE DO SUL RENATO PEREIRA LOPES ORIENTADOR – Prof. Dr. Sérgio Rebello Dillenburg CO-ORIENTADOR – Prof. Dr. César Leandro Schultz Porto Alegre, Agosto de 2013 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOCIÊNCIAS RECONSTITUIÇÃO PALEO-CLIMÁTICA E PALEO- AMBIENTAL DO PLEISTOCENO TARDIO NO SUL DA PLANÍCIE COSTEIRA DO RIO GRANDE DO SUL RENATO PEREIRA LOPES ORIENTADOR – Prof. Dr. Sérgio Rebello Dillenburg CO-ORIENTADOR – Prof. Dr. César Leandro Schultz BANCA EXAMINADORA: Dr. Luiz José Tomazelli Dr. Martín Ubilla Dr. Francisco Sekiguchi de Carvalho Buchmann Tese apresentada como requisito parcial para obtenção do Título de Doutor em Geociências Porto Alegre, Agosto de 2013 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL Reitor: Carlos Alexandre Netto Vice-Reitor: Rui Vicente Oppermann INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS Diretor: André Sampaio Mexias Vice-Diretor: Nelson Luiz Sambaqui Gruber Lopes, Renato Perreira Reconstituição paleo-climática e paleo-ambiental do pleistoceno tardio no sul da planície costeira do Rio Grande do Sul . / Renato Perreira Lopes. - Porto Alegre: IGEO/UFRGS, 2013. [198 f.] il. Tese (Doutorado).- Universidade Federal do Rio Grande do Sul.Graduação em Geografia.Instituto de Geociências. Porto Alegre, RS - BR,2013. Orientador:Sérgio Rebello Dillenburg Coorientador:César Leandro Schultz 1.Paleoclimatologia.2.Paleoecologia.3.Quaternário.4.Paleontologia.I. Título. CDU 55CDU 55 ___________________________________________________________ Catalogação na Publicação Biblioteca Instituto de Geociências - UFRGS Alexandre Ribas Semeler CRB 10/1900 __________________________ Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Campus do Vale Av. Bento Gonçalves, 9500 - Porto Alegre - RS - Brasil CEP: 91501-970 / Caixa Postal: 15001. Fone: +55 51 3308-6329 Fax: +55 51 3308-6337 E-mail: [email protected] AGRADECIMENTOS Primeiramente, agradeço aos meus pais e à minha família por todo incentivo e apoio para minhas realizações. O trabalho que originou esta tese não teria sido desenvolvido sem o suporte e apoio dos meus orientadores Sergio Dillenburg e Cesar Schultz, a quem sou imensamente grato pela oportunidade e orientação. Agradeço ao Jorge Ferigolo e Ana Maria Ribeiro, pelas inestimáveis contribuições para o desenvolvimento do trabalho e pela troca de idéias sempre enriquecedora. As idéias desenvolvidas neste trabalho foram beneficiadas pelas conversas e discussões com os professores da Geo Marinha, Luiz José Tomazelli e Eduardo Barboza, bem como os colegas Felipe Caron, Leonardo Lima, Maria Luiza, Rogério, Luana, Renato Cecílio, Anderson, Rafael e Júlio. Agradeço também aos colegas da Fundação Zoobotânica Leonardo Kerber, Vanessa, Marquinhos, David, Patrícia, Ricardo, Darival e Alex, e da Paleonto-UFRGS, Felipe, Marcel, Voltaire, Tomaz, Ana Emília, Matias, Fernando, Sandro, aos professores Coimbra, Iannuzzi e Frank da UFRGS e Dornelles, Karen e Ana da UFPel pelo intercâmbio de idéias, informações e fatos pitorescos. Sou grato também Jamil Pereira, do Museu Coronel Tancredo Fernandes de Mello, (e à esposa Lívia, que forneceram valioso apoio logístico e gastronômico durante os trabalhos de campo) e ao professor Luiz Rota pela colaboração e pelas inestimáveis contribuições para a Paleontologia. À moçada do bom e velho Cassinão, pelas festas, churrascos e bons momentos de diversão. Ao Votto e ao Bruno da secretaria do IO-FURG e à Clarice da Biblioteca Setorial do IO, pelo auxílio para as saídas de campo e para encontrar bibliografias obscuras. Agradeço ao CNPq pelo apoio financeiro, sem o qual não teria sido possível desenvolver este trabalho. Por fim, mas nem por isso menos importante, sou profundamente grato à Beth e ao Chico pela oportunidade e incentivo para iniciar e desenvolver as pesquisas no Arroio Chuí, quando ainda estávamos vinculados à FURG, e aos motoristas Candinho, Giba, Valdir e Miro, indo audaciosamente onde nenhum outro motorista jamais ia. Se cheguei até aqui, foi graças ao apoio proporcionado por vocês. 1 RESUMO A Planície Costeira do estado do Rio Grande do Sul (PCRS) foi estruturada ao longo do Quaternário por sucessivas oscilações do nível do mar. Alem das oscilações eustáticas, o clima também afetou a região, influenciando nos padrões deposicionais representados pelas fácies expostas em afloramentos e na distribuição dos organismos. O objetivo da presente tese é reconstituir condições climáticas e ambientes da região durante o Pleistoceno tardio, a partir de levantamentos estratigráficos, sedimentologia, datações, e análises de fósseis. A área escolhida para o desenvolvimento da tese foi o Arroio Chuí, localizado no sul da PCRS entre as barreiras II e III, onde afloram seqüências deposicionais que representam ambientes marinho e terrestre. Os resultados mostram que a porção marinha da seqüência exposta ao longo do arroio representa a fácies marinha do sistema deposicional Laguna-Barreira II. Datações em sedimentos e conchas de bivalves coletados nesta fácies indicam que este sistema teria sido formado pelo máximo transgressivo marinho ocorrido durante o estágio isotópico marinho (MIS) 7, há aproximadamente 230 mil anos. As temperaturas do oceano na região durante esse intervalo eram mais quentes do que nos dias de hoje, como evidenciado por espécies de moluscos bivalves e foraminíferos indicativos de águas mais quentes. A camada acima da fácies marinha representa paleossolos e antigos sistemas fluviais, onde ficaram preservados fósseis de grandes mamíferos. Datações feitas nos fósseis desses animais mostraram idades entre 226 e 34 mil anos; análises de isótopos estáveis (13C e 18O) em dentes fósseis mostram que o ambiente era caracterizado por pradarias compostas por gramíneas, arbustos e possivelmente matas de galeria. As características sedimentológicas mostram intercalações entre períodos mais úmidos e outros mais secos. Na camada acima do horizonte que contem os restos de grandes mamíferos não foram encontrados fósseis ate agora, e o aumento na quantidade de silte e presença de nódulos e concreções carbonáticas indicam clima mais seco, provavelmente relacionado ao ultimo máximo glacial (LGM). 2 ABSTRACT The Coastal Plain of Rio Grande do Sul state (CPRS) was formed during the Quaternary by successive sea-level oscillations. Besides the eustatic oscillations, the region was also affected by climate changes, which influenced the depositional patterns represented by the facies exposed along outcrops and the distribution of organisms. The objective of this thesis is to reconstruct late Pleistocene climate conditions and environments of the region, using stratigraphic surveys, sedimentology, datings ands analysis on fossils. The area chosen for this work was the Chui Creek, located in the southern CPRS between the barriers II and III, where depositional sequences that represent marine and terrestrial environments are exposed. The results show that the marine portion of the sequence exposed along the banks of the creek represents the marine facies of the depositional system Barrier-Lagoon II. Datings on sediments and bivalve shells from this facies indicate that this system would have been formed by the marine highstand during the marine isotope stage (MIS) 7, around 230 thousand years ago. The ocean temperatures during this interval were higher than today, as indicated by bivalves and foraminifers that indicate warmer waters. The layer above the marine facies represents paleosoils, and ancient fluvial systems where fossils of large mammals were preserved. Datings on these fossils revealed ages between 226 and 34 thousand years; analyses of stable isotopes (13C and 18O) in fossil teeth showed that the landscape consisted of prairies composed by grasses, shrubs and possibly gallery forests. The sedimentary record show intercalated humid and dry periods. The layer above the horizon with large mammalian remains provided no fossils so far, and the increase in silt-sized particles and the presence of carbonate nodules and concretions indicate very dry conditions, probably correlated with the last glacial maximum (LGM). 3 INTRODUÇÃO 1 - Generalidades O clima é um sistema complexo resultante da interação entre a atmosfera, superfícies emersas, neve e gelo, oceanos e outros corpos d’água, e seres vivos. Pode ser definido como a expressão estatística das condições climáticas diárias, e é geralmente descrito em termos da média e variabilidade de temperatura, precipitação e ventos ao longo de períodos de pelo menos 30 anos (Bradley, 1999). Os padrões climáticos resultam do balanço entre a radiação solar absorvida e refletida, bem como a emissão absorção e transporte da energia pela atmosfera e oceanos, e configuração e natureza da superfície sólida da Terra (massas continentais) (Hay, 1996). O sistema climático se modifica ao longo do tempo influenciado por sua própria dinâmica interna e por alterações nos fatores externos (forçantes climáticas). Estes incluem fenômenos como erupções vulcânicas e variações na atividade solar. Em décadas recentes, descobriu-se que atividades humanas também têm afetado os padrões climáticos (Le Treut et al., 2007). O clima da Terra tem oscilado continuamente ao longo da sua história; uma vez que os padrões climáticos influenciam diversos fenômenos naturais relacionados ao clima, como precipitação, circulação oceânica e atmosférica, padrões