O Carvão: Como Se Originou?

Bem podemos chamá-lo de diamante negro. Toda cesta é poder e civilização." --Ralph Waldo Emerson

Chamem-no diamante negro. Chamem-no cesta de poder. Ou chamem-no carvão. É um dos recursos naturais mais úteis na Terra. É composto de matéria vegetal modificada pelo calor, pressão, atividade catalítica e decomposição. Mas como se originou a matéria vegetal? A questão tem sido ponto de controvérsia. A maioria daqueles que estudaram o carvão crêem que seja derivado de acumulação orgânica natural tais como turfeiras e brejos que ficaram enterrados. Uma minoria sugere que parte do carvão procede de matéria vegetal transportada de outro lugar.

Durante o século 17 e começo do século 18, geólogos achavam que o carvão veio de matéria vegetal enterrada durante uma catástrofe (o Dilúvio). Estes indivíduos apontavam para evidência que parecia sugerir que a formação do carvão não se parecia com nenhum processo moderno. Observaram que os pantanais modernos e áreas semelhantes não são comparáveis a camadas de carvão em extensão lateral, profundidade e composição.1

Figura 1. Uma árvore licopódia ereta em sedimentos de carvão na Nova Escócia, Canadá. Uma régua de medir está suspensa abaixo da árvore.

Enterro catastrófico ou acúmulo gradual?

Com o surgimento do uniformitarismo,2 os cientistas começaram a explicar todos os fenômenos geológicos por processos observáveis. Charles Lyell, que promoveu o uniformitarismo, visitou algumas das regiões de carvão tanto na Europa como na América do Norte.3 Ele e outros pesquisadores notaram a associação de árvores petrificadas eretas com camadas de carvão. Argumentaram que o carvão não podia ser o produto de enterramento durante uma catástrofe mundial porque o crescimento de árvores associadas com camadas de carvão requeriam tempo demasiado (Figura 1). Esta observação e argumento foram fatores importantes em modificar a opinião quanto à origem do carvão da de acumulação rápida e enterramento de restos de plantas para processos de crescimento gradual, acumulação e enterramento.

Qualquer opinião que se ache mais convincente -- enterramento catastrófico ou acumulação gradual -- depende do modelo com o qual se aborda o assunto. Como o autor e a maior parte dos leitores deste artigo são influenciados pela Bíblia, vamos concentrar-nos mais sobre as evidências que apóiam o relato bíblico. Contudo, alguns dos argumentos para crescimento e acumulação gradual também precisam ser examinados.

A maior parte do carvão é claramente composta de matéria vegetal tais como troncos de árvores, ramos, casca, folhas, agulhas e detritos. Os carvões carboníferos (geralmente mais duros) são compostos de samambaias, musgos, cavalinhas e outras plantas não classificadas como plantas que produzem sementes. Os carvões mais moles (geralmente mais em cima na coluna geológica) são na maior parte produto de coníferas e árvores decíduas. Porque o carvão mostra ser composto de restos de plantas, as plantas devem ter crescido onde o carvão está agora localizado (autóctones) ou devem ter sido transportadas ao local presente das camadas carboníferas (alóctones).

Perguntas sobre camadas de carvão

Talvez a primeira pergunta que se podia fazer seja: "Parece-se uma camada de carvão com uma turfeira?" Para responder esta pergunta precisamos saber algo de brejos e pântanos. Uma turfeira é geralmente composta de um tipo especial de musgo (Sphagnum). Pode haver outras plantas associadas com a turfa, mas a planta dominante é musgo estagno. Um pântano pode ter uma grande variedade de plantas -- geralmente plantas que vão bem num ambiente molhado. Para turfeiras, a resposta a pergunta acima é um claro "Não". O carvão, na maior parte, não e turfa enterrada.4 Para um pântano, a resposta não é tão clara, especialmente para os carvões carboníferos. Muitos dos tipos de plantas achados nestas camadas de carvão são extintos.5 Não podemos ter certeza de que não preferissem um hábitat molhado. Estudo de parentes modernos daquelas plantas indica que a maior parte delas não eram plantas de brejo. Os carvões do cretáceo ao eoceno derivaram na maior parte de árvores de florestas. Algumas árvores como o cipreste crescem em terrenos pantanosos hoje, mas muitas das outras não poderiam sobreviver em tal ambiente.

Outra questão óbvia é: "Provêem ambientes molhados modernos um modelo adequado para os grandes depósitos de carvão?" Para esta pergunta a resposta é mais definida, e foi usada pelos primeiros geólogos para apoiar sua hipótese de um dilúvio. Embora alguns pântanos (como, por exemplo, o Dismal Swamp, no Estado de Virginia) cubram grandes áreas nos Estados Unidos, muitas jazidas de carvão são muito mais extensas. As jazidas de Pitsburgo cobrem parte dos Estados da Pennsylvania, Ohio e West Virginia, uma área de 5.000 km2, e têm na média uma espessura de mais de dois metros. A bacia carbonífera dos Apalaches estende-se sobre mais de 180.000 km2. O carvão que ainda pode ser obtido atinge milhares de milhões de toneladas. Calcula-se que a bacia do Powder River, no Estado de Wyoming, nos Estados Unidos (30.000 km2), tem 22 bilhões de toneladas de carvão mineralizável. Calcula-se que o Vale de Latrobe na Austrália poderá fornecer 70 bilhões de toneladas de carvão. A espessura das jazidas de carvão é ainda menos comparável com as acumulações orgânicas modernas.

Figura 2. Fóssil de um verme tubular Spirorbis de sedimentos carboníferos.

Problemas da teoria de acumulação

Sob um exame mais detalhado surgem problemas para a teoria autóctone. Alguns carvões contêm restos de animais, geralmente animais marinhos.6 Um exemplo comum é Spirorbis, um pequeno verme tubular de menos de 5 mm de diâmetro (Figura 2). A presença de um verme marinho em turfeiras consideradas autóctones não calha bem com a hipótese uniformizadora. Para evitar este problema, supõe-se que o Spirorbis tenha vivido num ambiente de água doce durante o período carbonífero, embora seja comumente achado através da coluna geológica e em oceanos modernos aderidos a corais, moluscos e algas marinhas.7 Evidentemente, um verme marinho misturado com carvão é um argumento a favor do mar estar envolvido na formação do carvão.

O carvão freqüentemente mostra preservação detalhada dos restos orgânicos originais. Se o carvão fosse o produto de acumulação de plantas em pântanos, esperar-se-ia certa medida de deterioração. Às vezes, belos fósseis de frondes e folhas de samambaia estão localizados diretamente sob o sistema de raízes de árvores petrificadas eretas (Figura 3). Se as árvores realmente crescessem onde hoje se encontram, qualquer resto orgânico tais como folhas ou frondes teria se decomposto durante o tempo exigido para o crescimento das árvores e antes do enterramento e petrificação.

Um dos argumentos mais fortes a favor do carvão ser resto de planta enterrado no local vem das "raízes" (Stigmaria) de árvores petrificadas eretas associadas com o carvão. Estes são licopódios gigantes com troncos de um metro de diâmetro e até 35 metros de altura. As Stigmaria, geralmente com vários centímetros de diâmetro e às vezes com vários metros de comprimento, sustém vários apêndices que penetram nos sedimentos (Figura 4). Assemelham-se a uma gigantesca escova de garrafa. A ramificação destes apêndices nos sedimentos é considerada evidência de estar na posição de crescimento.8

Figura 3. Fóssil de fronde de samambaia extraído de uma camada diretamente abaixo das bases de árvores petrificadas eretas, expostas ao longo de barrancos cerca do oceano, perto de Sydney Mines, Nova Escócia, Canadá.

Controvérsia sobre a natureza das "raízes" das Stigmaria tem havido desde que o estudo do carvão começou, mas ainda não há consenso. Licopódios modernos (pequenas plantas rasteiras raramente com mais de um metro de altura) têm rizomas subterrâneos semelhantes em estrutura a Stigmaria dos licopódios gigantes. Mas se as Stigmaria destes licopódios são rizomas subterrâneos, onde estão as verdadeiras raízes? Nenhuma tem sido achada para estes fósseis gigantes. Talvez estas Stigmaria tinham a função de verdadeiras raízes bem como de propagar mais rebentos.

Embora as Stigmaria com seus apêndices parecem superficialmente estar em sua posição de crescimento, certos detalhes sugerem o contrário. Geralmente as Stigmaria são peças isoladas sem ligação com a base de qualquer árvore. Mas mesmo estas peças mostram apêndices que penetram nos sedimentos. Os troncos licopódios petrificados e eretos são ocos e cheios de sedimento. Ocasionalmente, peças de Stigmaria foram arrastadas com as lamas e areias que encheram os troncos ocos.9 Nestes casos também, os apêndices irradiam de onde estão ligados a Stigmaria em fileiras espiraladas. Aparentemente, os apêndices eram suficientemente rígidos para evitar colapso quando enterrados na lama e na areia. Talvez os xistos eram lamas nas quais pedaços de Stigmaria com seus apêndices foram carregados. Ou a Stigmaria e apêndices juntamente com sedimentos finos separaram-se de uma suspensão de água lamacenta. Se pedaços de Stigmaria fossem transportados por água ou lama, poderiam mostrar um alinhamento preferido. Este foi o caso em duas localidades na Nova Escóssia, Canadá e na Holanda.10

Embora o problema das Stigmaria e seus apêndices não possa ser resolvido plenamente, um estudo das Stigmaria apóia argumentos em favor de transporte tanto quanto de crescimento na posição.

Transformando restos de plantas em carvão

O processo de transformar restos de plantas em carvão tem sido objeto de interesse por muitos anos. Experiências em laboratórios têm conseguido transformar tecido vegetal em carvão em um ano ou menos.11 Madeiramento usado em velhas minas de carvão tem sido encontrado posteriormente como carvão. Uma descoberta recente importante foi do papel da argila como catalista para a conversão da madeira em carvão.12 Se argila foi um ingrediente necessário para transformar matéria vegetal em carvão, um dilúvio universal explicaria melhor a origem da argila do que um ambiente de pantanal como requer o uniformitarismo.

A quantidade de matéria vegetal necessária para produzir um metro de carvão tem sido calculada entre 5 e 20 metros, dependendo da dureza do carvão. Acumulações modernas de restos de plantas (como em turfeiras) raramente têm mais de 10 a 20 metros. De acordo com esta fórmula, um brejo de 20 metros de profundidade produziria de um a quatro metros de carvão. Muitas jazidas de carvão são muito mais espessas que isto. Camadas de carvão de 30 metros de espessura não são fora do comum. Algumas têm mais de 100 metros de espessura, e a Austrália possui uma de mais de 240 metros! A acumulação de matéria vegetal de 1.200 metros ou mais de espessura, necessária para produzir depósitos de carvão tão grossos, é surpreendente, mesmo no modelo de um dilúvio. Contudo, por mais fora do normal que seja, uma acumulação catastrófica de restos de plantas numa bacia profunda é mais fácil de imaginar que a formação de brejos in situ de tais dimensões.

Figura 4. A Stigmaria (a linha quase diagonal que estende do lado esquerdo ao direito na foto) é a fonte de numerosos apêndices que estendem para cima e para baixo nesta vista diagonal.

Camadas sucessivas de carvão separadas por uns poucos centímetros ou poucos metros de sedimento são comuns. Se estas camadas são autóctones, elas exigiriam o desenvolvimento sucessivo de pantanais um sobre o outro através das eras. Pantanais requerem condições especiais. A repetição de tais condições vez após vez para produzir numerosos níveis de carvão no mesmo local é pouco provável (Figura 5). Os processos geológicos que resultaram no enterramento de uma camada de matéria vegetal provavelmente excluiria as condições necessárias para a produção de outro brejo no mesmo local.

O transporte e assentamento repetidos de massas de plantas flutuantes e seu enterramento subseqüente provêem uma explicação mais razoável. Pesquisa recente sugere que marés, com sua subida e descida de nível diárias, poderiam estar envolvidas com a ação de transportar e depositar restos de plantas.13

Na bacia de Indiana, tenho observado depósitos rítmicos (considerados como resultado de marés) associados com as características de sedimentos contendo carvão da época carbonífera. Contudo, flutuações diárias da maré depositariam lama com excessiva rapidez para permitir o crescimento de plantas. Sua presença em tais depósitos exige transporte. Observação de árvores flutuantes revelam que com suficiente tempo e água, muitas flutuarão e afundarão em posição ereta.14

O enterramento catastrófico de restos de plantas e sua transformação subseqüente em carvão não é aceito pela maior parte dos geólogos. Contudo, a teoria dominante das turfeiras apresenta problemas que permaneceram sem resposta por mais de cem anos. Um modelo baseado num dilúvio para a formação do carvão esclarece alguns destes problemas e provê uma explicação cientificamente razoável para a origem das vastas quantidades de carvão que há no mundo.

Harold G. Coffin (Ph.D., Universidade do Sul da California) tem trabalhado como professor de Biologia no Canadá e nos Estados Unidos, e pesquisador principal no Geoscience Research Institute, em Loma Linda, California. Tem escrito dezenas de artigos e vários livros, entre outros Creation: Accident or Design? (1969), Earth Story (1979) e Origin by Design (1983).

Figura 5. Um corte para estrada expõe diversas camadas de carvão em sucessão, perto de Castlegate, Estado de Utah, E.U.A.

Notas e Referências

  1. Entre os primeiros a propor a origem diluviana de fósseis e estratos sedimentares foi Nicolaus Steno (1630-1687). Em seu tempo estas eram sugestões novas. Outros geólogos notáveis e crentes num dilúvio foram John Woodward (1667-1727) e Jean-Andre Deluc (1727-1817).
  2. A interpretação uniformitariana da história da Terra, originada especialmente com James Hutton e Charles Lyell, tenta aplicar as velocidades presentes dos processos geológicos ao passado. Por exemplo, velocidades médias de erosão e sedimentação como ocorrem hoje são tidas como modelos satisfatórios para compreender processos semelhantes do passado.
  3. Charles Lyell, "On the Upright Fossil Trees Found at Different Levels in the Coal Strata of Cumberland, Nova Scotia", Proc. Geol. Soc. London 4 (1843), págs. 176-178.
  4. Wilfrid Francis, Coal, Its Formation and Composition (London: Edward Arnold Publishers Ltd., 1961).
  5. A. C. Seward, Fossil Plants (New York: Hafner Pub. Co., Inc., 1898-1919, 1963).
  6. Sergius Mamay e Ellis L. Yochelson, "Occurrence and Significance of Marine Animal Remains in American Coal Balls", U.S. Geol. Surv. Prof. Papers 354-I (1961), págs. 193-224.
  7. Harold G. Coffin, "A Paleoecological Misinterpretation", Creation Res. Soc. Quart. 5 (1968), pág. 85. Spirorbis (phylum Annelida) tem uma larva trocófora. Vários outros filos têm também espécies com larvas trocóforas. Nenhuma espécie com larvas trocóforas tem sido achada em água doce.
  8. W. E. Logan, "On the Character of the Beds of Clay Immediately Below the Coal-Seams of S. Wales", Proc. Geol. Soc. London 3 (1842), págs. 275-277. Esta nota interessante de Logan foi uma das primeiras a chamar atenção para a abundância de stigmaria e apêndices nas argilas sob as camadas de carvão. Logan propôs que esta argila era o solo no qual as plantas que produziram o carvão originaram e as stigmaria e apêndices representavam raízes in situ. Pesquisa feita desde então não apóia a idéia de que argilas são solos. Ver Leonard G. Schulz, "Petrology of Underclays", Geol. Soc. Am. Bull. 69 (1958), págs. 363-402.
  9. Richard Brown, "Section of the Lower Coal-Measures of the Sydney Coalfield, in the Island of Cape Breton", Quat. Jour. Geol. Soc. London 6 (1850), pág. 127. Enquanto fazia pesquisa nas jazidas de carvão da Nova Escócia, Canadá, também verifiquei dois exemplos de peças de stigmaria dentro de troncos ocos. Ver Harold G. Coffin, "Research on the Classic Joggins Petrified Trees", Creation Res. Soc. Annual (1969), págs. 35-40, 70.
  10. N. A. Rupke, "Sedimentary Evidence for the Allochtonous Origin of Stigmaria, Carboniferous, Nova Scotia", Geol. Soc. Am. Bull. 80 (1969), págs. 2109-2114; W. F. M. Kimpe e A. A. Thiedens, "On the Occurrence of Coal Raft Above and Rhizome Inclusions in Seam Finefrau B, South Limbourg, Holland", Proc. Third Inter. Cong. of Sedimentology, Groningen-Wageningen (1951), págs. 167-173.
  11. John Larsen, "From Lignin to Coal in a Year", Nature 31 (28 de março de 1985), pág. 316.
  12. R. Hayatsu, et al., "Artificial Coalification Study: Preparation and Characterization of Synthetic Macerals", Organic Geochemistry 6 (1984).
  13. "Blame It on the Moon", Scientific American, fevereiro de 1989, pág. 18.
  14. Harold G. Coffin, "The Puzzle of the Petrified Trees", College and University Dialogue 4:1 (1992), págs. 11-13, 30-31.