Estudo revela padrão multifractal na escala de tempo geológico do Éon Fanerozoico

De acordo com um estudo recente, os eventos que os geólogos usam para marcar as passagens entre capítulos da história da Terra obedecem a um padrão hierárquico oculto - e isso pode ajudar a explicar tanto as convulsões do passado quanto as do futuro.

“Escalas de tempo geológico podem parecer linhas do tempo bem organizadas nos livros, mas os seus limites contam uma história muito mais caótica”, afirma o coautor do estudo Andrej Spiridonov, geólogo e paleontólogo da Universidade de Vilnius, na Lituânia.

“Nossas descobertas mostram que aquilo que parecia um ruído irregular é, na verdade, uma chave para entender como o nosso planeta muda - e até onde essa mudança pode chegar”, diz Spiridonov.

Limites da escala de tempo geológico e o caos por trás das transições

A trajetória do planeta é marcada por reviravoltas, algumas intensas o suficiente para inaugurar novos blocos de tempo geológico. Isso vale tanto para divisões relativamente curtas, como idades e épocas, quanto para unidades muito mais longas, como eras e éons.

Um exemplo clássico é o asteroide que devastou os dinossauros há 66 milhões de anos: o choque gerou perturbações em escala suficiente para contribuir para o encerramento da Era Mesozoica e o início da Cenozoica. A Era Cenozoica, que segue em curso até hoje, é subdividida em três períodos e em pelo menos sete épocas.

Os mecanismos por trás dessas viradas são complexos. Eles produzem intervalos variáveis de estabilidade relativa, interrompidos por calamidades que parecem imprevisíveis, de diferentes naturezas e magnitudes.

Ainda assim, existem indícios de que essa dinâmica possa ser menos caprichosa do que aparenta.

O que o estudo examinou no Éon Fanerozoico

O trabalho novo concentra-se no Éon Fanerozoico, que começou há cerca de 540 milhões de anos e engloba as eras Cenozoica, Mesozoica e Paleozoica. Trata-se de um dos quatro éons já reconhecidos na história terrestre, antecedido pelos éons Proterozoico, Arqueano e Hadeano.

Spiridonov e seus colegas adotaram as divisões temporais definidas pela Comissão Internacional de Estratigrafia, mas também avaliaram limites derivados das extensões estratigráficas de animais marinhos e de táxons antigos como conodontes, amonóides, graptólitos e nanoplâncton calcário.

Ao comparar esses recortes, os autores observaram um padrão consistente: as fronteiras entre unidades de tempo tendiam a se agrupar em conjuntos intrigantes, separados por longos períodos de relativa calmaria.

Padrão multifractal, hierarquia e a “escala temporal externa”

Essa distribuição desigual, segundo o estudo, é compatível com um sistema multifractal - isto é, um sistema cujas dinâmicas complexas são regidas por um espectro contínuo de expoentes.

“Os intervalos entre eventos-chave da história da Terra, de extinções em massa a explosões evolutivas, não estão espalhados de modo totalmente uniforme”, afirma Spiridonov. “Eles seguem uma lógica multifractal que revela como a variabilidade se encadeia ao longo do tempo.”

Os pesquisadores também tentaram estimar a “escala temporal externa” da Terra: a quantidade de tempo necessária para expor a amplitude da variabilidade natural do planeta.

A partir dos resultados, eles concluem que esse intervalo é de pelo menos 500 milhões de anos.

“Se quisermos compreender toda a faixa de comportamentos da Terra, seja em períodos de calma, seja em fases de convulsão global repentina, precisamos de registros geológicos que cubram pelo menos meio bilhão de anos. E, idealmente, um bilhão”, diz Spiridonov.

Os autores alertam que análises em escalas mais curtas podem não captar os extremos que o planeta é capaz de produzir.

Como toda a história humana se desenrolou dentro de apenas uma fatia recente de tranquilidade, uma compreensão mais sólida de padrões de grande escala da Terra tende a ser particularmente útil.

O modelo “processo multifractal-Poisson composto” e o que ele sugere

Para descrever como essas unidades de tempo e seus limites se distribuem, a equipe propôs um novo modelo, chamado de “processo multifractal-Poisson composto”.

Com base nele, a análise aponta para uma arquitetura em que eventos que definem andares (estágios) se encaixam de forma hierárquica, criando uma cascata de agrupamentos dentro de agrupamentos.

“Agora temos evidências matemáticas de que as mudanças do sistema terrestre não são apenas irregulares”, afirma Spiridonov. “Elas são profundamente estruturadas e hierárquicas.”

Além de ajudar a interpretar o que já ocorreu na Terra ao longo de cerca de 4,5 bilhões de anos, esses resultados - junto com pesquisas futuras que avancem a partir deles - podem oferecer pistas valiosas sobre o que esperar adiante.

“Isso tem enormes implicações não só para entender o passado da Terra”, diz Spiridonov, “mas também para a forma como modelamos mudanças planetárias futuras.”

O estudo foi publicado na revista Cartas de Ciências da Terra e Planetárias.