Oscilações bioclimáticas e dinâmica fluvial no Quadrilátero Ferrífero/MG

Autores

Barros, L.F.P. (UFMG) ; Magalhães Jr., A.P. (UFMG) ; Coe, H.H.G. (UERJ) ; Seixas, A.P. (UFF)

Resumo

No Quadrilátero Ferrífero, são encontrados terraços com parte de suas sucessões deposicionais transformadas em couraças, nos quais se encontram embutidas as planícies de inundação atuais. Este trabalho parte desse quadro e do resultado de investigações de paleobiocenários através de fitólitos e isótopos de carbono para discutir efeitos de oscilações climáticas na dinâmica fluvial. No Último Máximo Glacial a paisagem regional foi dominada por campos graminosos, pouco efetivos na proteção das encostas. Assim, espessos pacotes de sedimentos grosseiros se acumularam nos fundos de vale. A grande permeabilidade e a oscilação do nível das águas subterrâneas promoveram a cimentação dos sedimentos pela precipitação de óxi-hidróxidos de ferro. Com o estabelecimento do clima atual, parte dos sedimentos foi remobilizada, abrindo espaço para o desenvolvimento das planícies embutidas. Essa discussão reforça os papeis complementares da tectônica e de oscilações climáticas na geomorfogênese regional.

Palavras chaves

geomorfologia fluvial; Quaternário; fitólitos

Introdução

A dinâmica da cobertura vegetal pode ser afetada por variações climáticas e de composição da atmosfera (Sage, 2004). Variações na efetividade da vegetação na proteção do solo contra erosão e movimentos de massa podem influenciar significativamente o regime hidrossedimentológico das bacias hidrográficas e, assim, o padrão deposicional e morfológico dos cursos d’água (Vandenberghe, 2002). Isso porque a maior parte da carga sedimentar mobilizada pelos sistemas fluviais provém das vertentes. Desse modo, a reconstrução da dinâmica da cobertura vegetal é de grande importância para a análise de sistemas deposicionais quaternários. A construção de planícies de inundação ocorre sob diferentes regimes hidrossedimentológicos, condicionados pelo contexto tectônico e bioclimático, bem como interferências humanas e variáveis internas. O abandono das planícies de inundação – formando terraços fluviais – está estreitamente relacionado a uma quebra do arranjo entre esses fatores condicionantes (Leopold et al., 1964; Schumm, 1977; Ritter et al., 2002; Bridge, 2003; Jacobson et al., 2003). Caso um contexto favorável seja reestabelecido, uma nova planície de inundação pode ser formada em acordo com as condições dominantes para a produção de água e sedimentos. Assim, os depósitos fluviais são de grande interesse para investigações sobre a evolução quaternária da paisagem, especialmente quando sua cronologia é bem estabelecida (Bridgland e Westaway, 2014). O Quadrilátero Ferrífero (QF) é um importante domínio geológico- geomorfológico localizado no centro-sul do estado de Minas Gerais. O relevo regional é caracterizado pela intensa dissecação de um substrato geológico deformado por meio da drenagem, o que levou ao rebaixamento de antigas anticlinais e a suspensão relativa de sinclinais. Diversos estudos locais vêm investigando o importante papel do trabalho fluvial na esculturação do QF (Valadão e Silveira, 1992; Magalhães Jr. e Saadi, 1994; Marques, 1997; Bacellar et al., 2005; Lana e Castro, 2010; Magalhães Jr. et al., 2011; 2012; Barros e Magalhães Jr., 2013). A maioria desses trabalhos destaca a neotectônica e o diversificado arranjo litoestrutural regional como condicionantes da evolução geomorfológica dos vales fluviais. Alguns desses trabalhos também sugerem o papel de oscilações climáticas. Entretanto, permanecem em aberto questões sobre as respostas dos sistemas fluviais a essas variações no clima. A partir de uma análise regional dos registros sedimentares fluviais no QF, Barros e Magalhães Jr. (2015) indicam que a ocorrência de sucessões fluviais transformadas em couraças – pacotes sedimentares cimentados e endurecidos devido à precipitação de óxi-hidróxidos de ferro – coincide com fases climáticas mais secas e/ou frias. Estas fases alternariam ciclicamente com fases mais úmidas e/ou quentes, às quais não se encontram couraças associadas às sucessões fluviais. Para a elaboração dessa proposta, Barros e Magalhães Jr. (2015) associaram idades dos sedimentos fluviais, obtidas por Luminescência Opticamente Estimulada (LOE), com dados da literatura sobre cenários paleobioclimáticos no sudeste do Brasil. A partir dessas observações, Barros et al. (2016) se dedicaram às evidências de oscilações bioclimáticas obtidas a partir da investigação direta das sucessões fluviais. Para isso, estes autores utilizaram como principais indicadores os tipos de fitólitos e isótopos de carbono presentes em depósitos de três níveis de terraço nos vales dos rios Conceição (bacia do Rio Doce) e Mango (bacia do Rio das Velhas), além de dados granulométricos, datações dos sedimentos por LOE e da matéria orgânica do solo (MOS) por radiocarbono. O presente trabalho parte do levantamento regional de níveis deposicionais de Barros e Magalhães Jr. (2015) e dos cenários paleobioclimáticos caracterizados por Barros et al. (2016) para discutir a influência da variação desses cenários na geomorfogênese de vales fluviais do QF.

Material e métodos

A definição dos níveis deposicionais dos vales do QF e das fases regionais da evolução da paisagem fluvial (Barros e Magalhães Jr., 2015) foram baseadas em campanhas de campo. Nestas foram levantados dados de depósitos fluviais a partir de seções verticais e da observação do seu contexto espacial. Foram destacadas: a altitude dos depósitos e o desnível em relação aos cursos fluviais atuais; composição granulométrica, espessura e organização de fácies, incluindo o tipo de transição entre as mesmas; e a relação com outros depósitos. Os níveis deposicionais de cada vale foram identificados, sobretudo, pela relação dos dados de altura e composição estratigráfica dos depósitos. Por fim, os níveis foram organizados em fases regionais, propostas com base na relação de dados da datação dos depósitos por LOE, características das sucessões deposicionais (como a presença de couraças), bem como o contexto geomorfológico de cada nível em seu respectivo vale, ou seja, sua relação com níveis mais antigos e mais recentes. A partir desse levantamento, foram escolhidas três sucessões fluviais (Fig. 1) para investigação de paleovegetações nos vales dos rios Conceição e Mango (Barros et al., 2016). Ambos os vales possuem uma organização semelhente para os níveis deposicionais nos fundos de vale, havendo um nível escalonado (SD1–Conceição; -19°50’24.21” / -43°21’08.20”) e a presença de couraças ferruginosas associadas a um nível de terraço (SD2–Conceição, -19°59’20.19” / -43°29’43.57”; e SD3–Mango, -20°20’55.18” / -43°45”19.36”) nos quais as planícies de inundação atuais se encontram embutidas (Fig. 2). Nas três sucessões escolhidas foram coletadas 22 amostras para análises de fitólitos e isótopos de carbono, de acordo com variações de cor e textura – sendo coletada mais de uma amostra em camadas de maior espessura e muito homogêneas – e 17 amostras para análises granulométricas. Além disso, foram coletadas duas amostras para datação por LOE e 13 amostras para datação da MOS por 14C/AMS. Em relação ao arranjo regional dos níveis deposicionais (Barros e Magalhães Jr., 2015), o nível da SD1 está relacionado à Fase 3, identificada por níveis escalonados com até dezenas de metros de altura e idade média de ~36ka; os níveis da SD2 e da SD3 são associados à Fase 4, última fase regional de formação de couraças nos depósitos em fundos de vale, com idade média de ~26ka; por sua vez, as planícies de inundação no QF estão, em geral, associadas à Fase 6, com idade média de ~1,4ka. Segundo Barros et al. (2016), as análises de fitólitos levaram à constatação de que as três sucessões fluviais indicam vegetação característica do bioma cerrado, com baixo índice D/P e alto índice Bi. Entretanto, as análises de isótopos de carbono indicam diferentes tipos de cerrado, devido a variações nas proporções de plantas C3 e C4 (respectivamente, vegetação lenhosa e gramíneas – Killops e Killops, 2005). Além disso, a ocorrência generalizada de cerrado contrasta com o cenário atual de um mosaico de transição entre o cerrado e a floresta atlântica, com grandes áreas de florestas ocorrendo na bacia do Rio Conceição, principalmente. Na SD1, a análise de isótopos de carbono mostra a dominância de plantas C3 (principalmente árvores e algumas gramíneas de áreas mais úmidas). Por outro lado, na SD2 e na SD3 os valores são mais próximos de plantas C4 (principalmente gramíneas), mesmo em camadas com valores característicos de mistura de plantas C3 e C4, mais comum na SD2. A vegetação do cerrado pode ser composta de campos a formações arbóreas e ambos os biocenários revelados pelas sucessões fluviais se desenvolveram durante o último período glacial. Assim, os biocenários são, de certo modo, semelhantes e as alterações registradas nos depósitos fluviais não poderiam ser dramáticas. Entretanto, SD2 e SD3 (Fase 4, ~26ka) se desenvolveram mais próximo do Último Máximo Glacial, logo sob menores temperaturas.

Resultado e discussão

Ao interpretar os dados de fitólitos e isótopos de carbono das sucessões fluviais deve-se considerar a natureza sedimentar dos materiais. Sedimentos de paleocanais tendem a guardar principalmente fitólitos da vegetação alóctone, enquanto sedimentos de ambientes marginais registram o desenvolvimento da vegetação in situ (Sangen et al., 2011; Garnier et al., 2012). Plantas C3 predominam na SD1, mesmo nas camadas basais típicas de leito fluvial, destacando dominância de vegetação lenhosa na bacia e no fundo de vale. Plantas C4 prevalecem nas camadas típicas de leito fluvial da SD2, sugerindo dominância de campos graminosos na bacia. Nas camadas superiores, relacionadas aos ambientes marginais de planícies de inundação, há mistura de plantas C3 e C4, sugerindo presença de mata de galeria. Apenas camadas associadas a ambientes marginais foram analisadas na SD3, onde predominam plantas C4, sugerindo dominância de campos graminosos mesmo nos fundos de vale. Assim, pode-se inferir um período mais úmido/quente relacionado à SD1 quando comparado ao revelado pela SD2 e SD3. As sucessões deposicionais de alguns níveis fluviais do Rio Conceição apresentam camadas de cascalho em que a soma de clastos de formações ferríferas bandadas (BIF’s) pode ultrapassar os 80% (Barros e Magalhães Jr., 2013). A alta erodibilidade das BIF’s se deve à retração lateral de escarpamentos, um reflexo do modelo de evolução do relevo regional. Os quartzitos, BIF’s e couraças do Paleógeno (litologias dos topos das serras do domínio) são altamente resistentes ao rebaixamento vertical, com taxas de erosão entre 1,7 e 2,6m.Ma-1 (Salgado et al., 2007). Entretanto, tais litologias apresentam taxas de erosão entre 12,7 e 14,6 m.Ma-1 por meio da retração lateral (Salgado et al., 2007). Este mecanismo é favorecido pelo desmonte das litologias mais frágeis que compõem a base dos escarpamentos: xistos, filitos, gnaisses. Nesse contexto, a proteção das encostas pela vegetação contra erosão e movimentos de massa pode ser muito importante no controle da transferência de materiais das porções mais elevadas para os fundos de vale. Há um consenso de que níveis fluviais escalonados são respostas a e/ou registros de soerguimentos regionais (Bridgland e Westaway, 2008). Essa configuração de níveis em “escadaria” é observada em diversos vales do QF e atesta o soerguimento do Escudo Brasileiro, apresentando períodos de atividade mais acelerada (Valadão e Silveira, 1992; Magalhães Jr. e Saadi, 1994; Magalhães Jr. et al., 2011; 2012; Barros e Magalhães Jr., 2013; 2015). A organização dos níveis fluviais nos vales dos rios Conceição e Mango (Fig. 2) também indica que o abandono do nível fluvial que contém a SD1, e seu nível correspondente no vale do Ribeirão do Mango, foi uma resposta da drenagem a uma fase de soerguimento regional. Isso é evidenciado pela exposição do substrato rochoso entre a base desses níveis e de seus subsequentes. Esse período de soerguimento e o estabelecimento de condições climáticas mais secas/frias teriam induzido um aumento na carga sedimentar fornecida aos cursos d’água e a formação dos níveis de preenchimento que contém a SD2 e a SD3. Essas sucessões registram uma vegetação aberta, dominada por plantas C4, provavelmente fornecendo pouca proteção aos solos. Sob essas condições, o estabelecimento de uma relativa estabilidade tectônica teria favorecido o preenchimento dos fundos de vale. Ao menos, é lógico considerar que a carga sedimentar fornecida aos sistemas de drenagem foi maior que a energia dada pela epirogenia regional para a mobilização dos sedimentos durante a formação desses níveis. Por outro lado, o condicionamento tectônico não parece ser o fator principal para o abandono dos níveis deposicionais correspondentes às SD2 e SD3. Os remanescentes desses níveis ainda são encontrados nos fundos de vale, estando as planícies atuais embutidas neles, o que significa que não houve incisão da drenagem no substrato rochoso contribuindo para esse abandono. Além disso, não há indícios de grandes rearranjos na rede de drenagem dessas bacias, o que poderia afetar o regime hidrossedimentológico pela perda de áreas de drenagem. A formação dos níveis das SD2 e SD3 ocorreu sob condições mais secas/frias que as verificadas atualmente. Assim, o abandono desses níveis e a formação das planícies de inundação atuais são provavelmente respostas a mudanças no quadro bioclimático. A formação das planícies de inundação no QF (Fase 6, ~1,4 ka – Barros e Magalhães Jr., 2015) é compatível com o estabelecimento do clima mais úmido e quente do presente, o que ocorreu entre 4,6 e 0,6ka em Minas Gerais (Parizzi et al., 1998; Behling, 1995; 2003; Enters et al., 2010). Dada uma maior produção de água nas bacias e o fornecimento sedimentar das vertentes controlado pela vegetação, parte dos sedimentos dos níveis de preenchimento foi removida e as novas acumulações se desenvolveram embutidas (Fig. 3). A SD1 também teria se desenvolvido sob condições mais úmidas/quentes que as da SD2 e SD3, associadas a espessas couraças. Assim, a formação de níveis com espessas camadas sedimentares transformadas em couraças ocorreram sob condições mais secas/frias e retração da vegetação de maior porte, alternando ciclicamente com condições mais úmidas/quentes e maior desenvolvimento da cobertura vegetal, confirmando as observações de Barros e Magalhães Jr. (2015) a partir de dados da literatura. A erosão das escarpas seria favorecida durante os períodos mais secos/frios devido à retração da vegetação de maior porte, reduzindo a eficiência na proteção do solo. Desse modo, o desmonte das BIF’s e quartzitos das áreas mais elevadas e a mobilização de clastos para os fundos de vale levariam à formação de expressivos depósitos de cascalho e areia, posteriormente transformados em couraças. Isso porque a transferência de materiais dos topos para os eixos de drenagem ocorreu também em termos geoquímicos. Monteiro et al. (2014) mostram que o desenvolvimento de couraças nas áreas mais elevadas se iniciou no Paleógeno, estando associadas a profundos mantos de alteração de BIF’s. Esse processo envolve um balanço de massa com grande perda de ferro para as águas subterrâneas e superficiais (via cursos d’água) na forma de Fe2+. Nos fundos de vale, expostos ao O2, o ferro seria oxidado e estabilizado na forma de Fe3+, agindo como elemento cimentante nas espessas camadas de sedimentos grosseiros, formando as couraças. Análises micromorfológicas, geoquímicas e mineralógicas foram recentemente realizadas por Barros et al. (2015) em amostras desse e de outros tipos de couraças pleistocênicas do QF. Em todos os tipos analisados, a fonte primária do ferro para cimentação é externa e provavelmente relacionada aos pacotes lateríticos e couraças das áreas mais elevadas. Assim, a expessura e a textura grosseira das camadas basais dos níveis de preenchimento teriam favorecido a movimentação do ferro por meio da oscilação do nível freático, devido à alta permeabilidade, facilitando a cimentação dos sedimentos. Terraços de preenchimento associados a couraças conglomeráticas e planícies de inundação embutidas são encontrados em outros vales do QF (Barros e Magalhães Jr., 2015), tais como o do Rio Maracujá (bacia adjacente à do Mango) e dos rios Barão de Cocais e Caraça (afluentes do Rio Conceição). Couraças semelhantes, porém em níveis fluviais mais antigos – situados dezenas de metros acima da drenagem atual – ocorrem nos vales dos rios das Velhas, Coqueiros/Maquiné e do próprio Rio Conceição. Essas ocorrências reforçam o caráter regional dos processos que levaram à formação de sucessões fluviais transformadas em couraças e sua ciclicidade na evolução geomorfológica dos vales no QF.

Localização das bacias estudadas (linha branca) e das sucessões fluviais amostradas.


Esquema de fundo de vale dos rios Conceição e Mango em relação aos registros sedimentares fluviais.


Modelo proposto para a evolução geomorfológica dos vales estudados influenciada pela dinâmica da vegetação em resposta a oscilações climáticas.

Considerações Finais

A evolução geomorfológica dos vales fluviais do QF é marcada por níveis fluviais escalonados, evidenciando o papel de uma tectônica positiva e a intensa dissecação regional. Entretanto, a ocorrência cíclica de sucessões fluviais transformadas em couraças sugere um importante papel de oscilações bioclimáticas quaternárias na geomorfogênese das paisagens fluviais do QF. Em períodos mais secos/frios haveria uma retração da vegetação de maior porte, diminuindo a eficiência da cobertura vegetal na proteção do solo contra erosão e movimentos de massa. Em consequência, espessos pacotes de sedimentos grosseiros (cascalho e areia) se acumulariam nos fundos de vale. A grande permeabilidade desses materiais e a oscilação do nível das águas subterrâneas promoveria a cimentação dos sedimentos pela precipitação de óxi-hidróxidos de ferro. O último período em que se verificaria esse processo é coincidente com o Último Máximo Glacial, quando a paisagem regional foi dominada por campos graminosos. Com o aumento gradual de temperatura e umidade e a instalação do clima atual, parte dos sedimentos foi remobilizada, abrindo espaço para o desenvolvimento de planícies de inundação embutidas. Destaca-se ainda que as couraças podem ter influenciado diferentes graus de dissecação entre os vales da região (Barros et al., 2015) e as oscilações bioclimáticas podem ter influenciado os ritmos da epirogênese regional devido a respostas isostáticas aos períodos mais erosivos (Barros e Magalhães Jr., 2015).

Agradecimentos

Os autores agradecem à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais pelo financiamento do projeto de pesquisa.

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