Variação das frequências estomáticas em folhas de glossopteris no permiano da Bacia do Paraná (Formação Rio Bonito) e sua relação com níveis paleoatmosféricos de CO2

Abstract

Está demonstrado em plantas atuais que níveis atmosféricos de CO2 e frequência estomática estão inversamente correlacionados. A utilização de dados estomáticos na calibração das curvas de CO2 paleoatmosférico do Fanerozoico tem sido eficiente não apenas para o Cenozoico, mas também apresenta excelente correspondência desde o Eodevoniano. Cutículas de glossopterídeas provenientes das jazidas de carvão de Faxinal (RS) e Figueira (PR), incluídas em níveis estratigráficos distintos da Formação Rio Bonito (Sakmariano e Artinskiano respectivamente), viabilizaram análises para floras desenvolvidas sob a vigência de megaciclo icehouse. Cabe ressaltar que o uso de glossopterídeas, classificadas dentro do grupo extinto das Pteridospermophyta, esbarra na impossibilidade de se estabelecer um equivalente ecológico atual, dada a ausência de relações taxonômicas, estruturais e ecológicas com grupos viventes. Portanto, optou-se por uma abordagem proposta por outros autores como alternativa para diferentes grupos de pteridospermas, que consistiu em comparar entre si resultados de análises estomáticas na morfo-espécie Glossopteris communis Feistmantel procedente de distintos níveis associados a carvões na Bacia do Paraná. O objetivo geral do presente estudo foi estabelecer possíveis relações entre os padrões estomáticos calculados e flutuações nos teores de CO2 paleoatmosférico. A metodologia consistiu em resgatar mecanica e quimicamente as cutículas da rocha matriz, clareá-las em solução de Schulze e montá-las em lâminas de gelatina glicerinada para observação em microscopia de luz transmitida. A observação deu-se com auxílio de filtro de contraste por interferência diferencial e as contagens foram feitas com o auxílio de programa para análise de imagens. As técnicas de estudo compreenderam cálculos de densidade estomática (DE- número de estômatos por unidade de área da folha) e índice estomático (IE- percentual de estômatos sobre o total de células epidérmicas). Os resultados obtidos foram de DE média= 234,73 e IE médio= 15,7 para a jazida de Faxinal (Sakmariano) e de DE média= 284,14 e IE= 18,9 para a jazida de Figueira (Artinskiano). Esses valores enquadram-se dentro da curva global de CO2 atmosférico para o Fanerozoico (modelo GEOCARB). As frequências estomáticas mais baixas das folhas do Faxinal com relação àquelas de Figueira foram relacionadas a processo de reversão temporária da tendência global de baixos teores de CO2 atmosférico para a base do Permiano. Essa reversão é atribuída à provável influência de fatores paleoecológicos locais relativos à grande extensão das turfeiras na parte sul da bacia, responsável pela emissão em larga escala de gases-estufa. Além disso, a flora de Faxinal está preservada em uma camada de tonstein, registro de atividade vulcânica que poderia ter afetado os níveis de CO2. Por outro lado, as turfeiras de registro muito esparso ocorrentes no nordeste da bacia, em intervalo mais jovem, por sua pequena extensão e ausência de indícios de vulcanismo, não alteraram o padrão paleoatmosférico. Estudos focados no final do Paleozoico têm especial relevância porque, nesse intervalo vigoravam, nas diferentes paleolatitudes, condições ambientais análogas àquelas ocorrentes na atualidade, como a existência de calotas de gelo nos pólos e períodos de aquecimento global.

In extant plants stomatal frequency and the concentration of the atmospheric CO2 have been shown to correlate inversely. The use of stomatal data to calibrate phanerozoic paleoatmospheric CO2 curves has been considered a reliable technique not only for the Cenozoic estimates but also for results obtained since the Early Devonian. Glossopterid cuticles from Faxinal and Figueira coalfields (respectively in Rio Grande do Sul and Paraná States) from distinct stratigraphic levels in the Rio Bonito Formation allowed stomatal counting for floras developed under icehouse megacycle. However, it is important to highlight that the efficiency of Glossopteris, classified in the extinct group of Pteridospermophyta, is restricted as paleo-CO2 proxy for the Paleozoic due to the difficulty of establishing a nearest living equivalent for it, given the lack of taxonomic, structural and ecological relationships with extant groups. Thus it was here adopted an alternative approach proposed by different authors analyzing other groups of pteridosperms, which consists in comparing results obtained from the morphospecies Glossopteris communis Feistmantel between two different coal levels in the Paraná Basin. The general aim of this study was to establish possible relations between the calculated stomatal patterns and the fluctuation in the paleoatmospheric CO2 levels. The methodology consisted in mechanically and chemically isolating the cuticles from the matrix rock, bleaching them with Schulze solution and then mounting glycerin jelly slides for observation in transmitted light microscopy. The microscopic observation was made using a differential interference contrast filter and the counting was carried out with the help of software for image analysis. The study techniques included the calculation of stomatal densities (SD- number of stomata per foliar area unit) and of stomatal indices (SI- a ratio of the number of the stomata to the total number of epidermal cells). The results were mean SD= 234.73 and mean SI= 15.7 in Faxinal coalfield (Sakmarian) and mean SD= 284.14 and SI= 18.9 in Figueira coalfield (Artinskian). These values agree with the curve of global atmospheric CO2 for the Phanerozoic (GEOCARB model). The lower stomatal frequencies detected at the climax of the coal interval (Faxinal coalfield, Sakmarian) when compared to the higher ones obtained in leaves from a younger interval (Figueira coalfield, Artinskian) could be attributed to temporarily high levels of atmospheric CO2. Therefore, the occurrence of an extensive peat generating event at the southern part of the basin and the consequent greenhouse gases emissions from this environment may have been enough to reverse regionally and temporarily the reduction trend in atmospheric CO2. Additionally, the Faxinal flora is preserved in a tonstein layer, which is a record of a volcanic activity that could also imply a rise in atmospheric CO2. During the Artinskian, the scarce generation of peat mires, as revealed by the occurrence of thin and discontinuous coal layers, and the lack of volcanism evidences would be insufficient to affect the general low CO2 trend. Studies focused in the Late Paleozoic are especially relevant because of the presently shared icehouse climate with glacial-interglacial cyclicity which includes times of global warming.