Ciências da Terra

Foraminíferos: o δ18O das conchas lê a temperatura do passado, mas misturada ao gelo e à salinidade

Publicado em 14/10/2026 · Última alteração em 14/10/2026

Foraminíferos são organismos unicelulares com concha, em geral de calcita, que se acumulam no fundo do mar. A razão entre oxigênio-18 e oxigênio-16 (δ18O) da concha depende da temperatura e da composição da água, que varia com o volume global de gelo e com a salinidade. Por isso o δ18O sozinho não dá a temperatura: é preciso estimar ou medir à parte os outros fatores, por exemplo pela razão Mg/Ca da própria concha, e cada passo soma incerteza.

Isótopos são átomos do mesmo elemento com massas diferentes: o oxigênio-16 é o comum e o oxigênio-18, mais pesado, é raro. O δ18O expressa, em partes por mil (‰), quanto a razão 18O/16O de uma amostra se afasta de um padrão. A água do mar também muda: o gelo das calotas é pobre em oxigênio-18, então nas eras glaciais o oceano restante fica mais rico no isótopo pesado. Foraminíferos planctônicos vivem na superfície e registram a água de cima; os bentônicos vivem no fundo e registram a água profunda, mais uniforme. Os ciclos orbitais e as bolhas de ar do gelo têm artigos próprios; aqui o foco é a leitura do próprio δ18O e seus limites.

Riram dele, e as redes de coleta deram razão

Emiliani viu, pelo δ18O, que espécies diferentes de foraminíferos formavam a concha em profundidades diferentes. Segundo sua lembrança, um especialista riu da ideia. Cerca de 15 anos depois, redes que abrem e fecham em profundidades escolhidas mostraram que as espécies viviam em profundidades distintas.

O que a concha guarda

Quando um foraminífero constrói a concha de calcita, a proporção entre oxigênio-18 e oxigênio-16 que entra nela depende da temperatura: em equilíbrio com a água, a calcita fica enriquecida em oxigênio-18, e menos enriquecida quanto mais quente a água. Esse é o princípio do termômetro. Mas a proporção também depende da própria água, e aí está a dificuldade: para converter δ18O em temperatura é preciso conhecer o δ18O da água do mar, que em geral não se conhece e precisa ser estimado.

Emiliani, 1955: um método que acertou o ritmo e errou os números

Em 1955, Emiliani analisou o δ18O de foraminíferos de sondagens do Atlântico, do Caribe e do Pacífico e mostrou que as eras glaciais se repetem em ciclos. Ele usou um efeito do gelo de cerca de 0,4‰ e achou oscilações de cerca de 6 °C na água superficial. O valor hoje aceito para o efeito do gelo é cerca de 1,2‰, de modo que parte do que ele atribuiu ao frio era volume de gelo. Segundo Berger, a importância do artigo foi abrir um campo de pesquisa, não os números.

Mg/Ca: um segundo termômetro, na mesma concha

A razão Mg/Ca da calcita aumenta de forma exponencial com a temperatura, algo observado primeiro em cultivos e depois em coletas no mar. Medindo Mg/Ca e δ18O na mesma concha, estima-se em princípio a temperatura pelo primeiro e subtrai-se o efeito dela do segundo, sobrando o δ18O da água, que reflete gelo e salinidade. Para G. ruber albus do Mediterrâneo no inverno, a relação foi Mg/Ca = 0,37 × exp(0,14 × T), cerca de 15% por grau (cálculo nosso).

Onde a leitura ainda falha

Três incertezas seguem abertas. Uma: separar gelo, salinidade e temperatura; num estudo no Mediterrâneo, combinar δ18O, Mg/Ca e suposições sobre a relação com a salinidade não deu reconstruções úteis de salinidade. Outra: o Mg/Ca também responde à salinidade e à química do carbono em algumas espécies. Por fim, depois do soterramento a concha pode trocar oxigênio com a água dos poros sem mudança visível, o que enviesa as paleotemperaturas em até +0,86 a −0,46 °C.

Como sabemos

O mecanismo e a história vêm de fontes abertas lidas na íntegra (Berger 2002, Lisiecki e Raymo 2005, Dämmer et al. 2020); o artigo original de Emiliani (1955) e os de calibração de Mg/Ca não foram lidos.

• Fato estabelecido: Foraminíferos são protistas unicelulares com concha; dependendo da espécie, a concha pode ser de compostos orgânicos, de grãos de areia cimentados ou de calcita cristalina. [6] Introduction to the Foraminifera
  Contexto: Descrição geral do grupo, incluindo espécies de concha calcítica, que são as usadas na paleoclimatologia. · Conferida na fonte (página institucional), conferência automatizada
• Consenso científico: O δ18O da calcita de um foraminífero é função da temperatura e do δ18O da água em que a concha se formou, e o δ18O da água do mar é função do volume global de gelo e da salinidade. [2] Seção 2 (Stacks of d18O)
  Contexto: Descrição geral do arquivo de δ18O de carapaças de foraminíferos, válida para planctônicos e bentônicos. · Limitações: A escala entre o δ18O e esses dois fatores varia com a formação de gelo marinho, a evaporação e a precipitação. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: Em equilíbrio com a água do mar, a calcita fica enriquecida em oxigênio-18, e menos enriquecida quanto mais quente a água; o método, que é a base do termômetro de δ18O, foi inventado por Urey e refinado por McCrea e Epstein. [1] Seção 4 (Major contributions and difficulties)
  Contexto: Princípio físico-químico do termômetro, na síntese histórica de Berger (2002). · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Consenso científico: Nas eras glaciais, a neve que forma as calotas é pobre em oxigênio-18; ao ficar presa no gelo, ela deixa o oceano restante mais rico no isótopo pesado, de modo que o δ18O dos foraminíferos sobe também por causa do gelo, não só do frio. [4] Seção What climate factors influence the ratio of oxygen isotopes in ocean water? [1] Seção 4
  Contexto: Efeito do volume de gelo sobre a composição isotópica média do oceano em escala glacial-interglacial. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: Em 1955, Cesare Emiliani mostrou, com o δ18O de foraminíferos de sondagens do fundo do mar, que as eras glaciais fazem parte de uma mudança climática cíclica, como a teoria de Milankovitch prevê. [1] Seção 4 (resumo de Emiliani, 1955, citado)
  Contexto: Artigo Pleistocene Temperatures (Emiliani, 1955), conforme relato histórico de Berger (2002); o artigo de 1955 não foi lido diretamente. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: Para converter o δ18O da concha em temperatura é preciso conhecer o δ18O da água em que ela se formou, valor que em geral não se conhece e precisa ser estimado. [1] Seção 4
  Contexto: No trecho, o termo A é o δ18O da água do mar em que a concha de calcita do foraminífero foi precipitada. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: Emiliani estimou o efeito do gelo sobre o δ18O do oceano em cerca de 0,4‰, enquanto o valor hoje geralmente aceito é cerca de 1,2‰, o que deixa menos do sinal para a temperatura explicar. [1] Seção 4
  Contexto: O valor de 1,2‰ vem de Olausson (1965) e Shackleton (1967), segundo Berger (2002); ‰ (permil) é partes por mil. · Limitações: A conclusão de que sobra menos sinal para a temperatura é raciocínio nosso a partir dos dois números. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: Emiliani achava que a temperatura influenciava mais o δ18O do oceano do que o crescimento e o recuo das calotas do Hemisfério Norte e defendeu por cerca de 20 anos ciclos de uns 40 mil anos; segundo Berger (2002), as duas ideias se mostraram incorretas, e boa parte da interpretação do artigo de 1955 hoje é considerada incorreta. [1] Seção 4
  Contexto: Avaliação histórica de um autor (Berger, 2002); a importância do artigo, diz ele, foi abrir o campo, não os resultados particulares. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Estimativa: Emiliani obteve oscilações de cerca de 6 °C na água superficial do Atlântico equatorial e do Caribe; Berger estima que, ao somar as incertezas de gelo, geografia, efeitos vitais, sazonalidade e profundidade, uma amplitude de 7 °C plotada no Caribe tinha incerteza da ordem de 3 °C. [1] Seção 4
  Contexto: Resultado de Emiliani (1955) para espécies de superfície; incerteza estimada por Berger (2002), não pelo autor original. · Limitações: Os erros dos diferentes fatores são, segundo Berger, mais ou menos aditivos; é uma estimativa de revisão histórica, não uma reanálise dos dados. · Estimativa de um terceiro (Berger, 2002) sobre o trabalho de 1955. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: A pilha LR04 reúne mais de 38 mil medições de δ18O bentônico de 57 locais; registros do fundo dão pilhas melhores porque o oceano profundo é mais uniforme em temperatura e salinidade, mas a pilha sozinha não separa quanto do sinal é gelo e quanto é temperatura. [2] Seção 2 [5]
  Contexto: Pilha de registros bentônicos do Plioceno-Pleistoceno (5,3 milhões de anos), de Lisiecki e Raymo (2005). · Limitações: Dizer que registros bentônicos dão pilhas melhores é expectativa dos autores (should), não resultado medido. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Evidência forte: A razão Mg/Ca da calcita dos foraminíferos aumenta de forma exponencial com a temperatura da água, o que oferece um termômetro independente do δ18O; em G. ruber albus coletada viva no Mediterrâneo no inverno, Mg/Ca = 0,37 × exp(0,14 × T), cerca de 15% por grau. [3] Figura 3b, legenda
  Contexto: A equação vale para G. ruber albus coletada viva no inverno no Mediterrâneo, estendendo a calibração para abaixo de 18 °C. · Limitações: O percentual por grau é cálculo nosso (e elevado a 0,14 é cerca de 1,15); a sensibilidade é comparativamente baixa em temperaturas baixas. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: Além da temperatura, a salinidade e a química do carbono inorgânico também afetam o Mg/Ca em algumas espécies, e o erro acumulado ao combinar vários indicadores é difícil de avaliar. [3] Seção 1 (Introduction)
  Contexto: Revisão de literatura na introdução do estudo do Mediterrâneo; o segundo trecho cita Rohling (2007). · Limitações: O segundo trecho é sobre a reconstrução de salinidade por combinação de indicadores, não sobre todo uso de Mg/Ca. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Evidência forte: No Mediterrâneo, combinar δ18O, Mg/Ca e suposições sobre a relação entre o δ18O da água e a salinidade não levou a reconstruções úteis da salinidade; o Na/Ca, outro indicador, correlacionou-se bem com a salinidade e independeu da temperatura. [3] Seção 5 (Conclusions)
  Contexto: Estudo com G. ruber albus coletada viva, no inverno, ao longo do gradiente de salinidade oeste-leste do Mediterrâneo. · Limitações: Uma espécie, uma estação e uma região; vale como alerta para esse método, não como regra para todos os oceanos e épocas. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Estimativa: A composição isotópica de conchas fósseis pode ser alterada depois do soterramento, por difusão rápida de oxigênio, sem mudança visível na estrutura; o viés estimado nas paleotemperaturas é de até +0,86 a −0,46 °C. [5] Resumo
  Contexto: Conchas translúcidas (vítreas) em sedimento oceânico superior, aplicado a 38.400 conchas de reconstruções de até cerca de 120 milhões de anos. · Limitações: Experimento com água enriquecida em 18O e modelagem; lido apenas o resumo e a introdução. Os autores descrevem o viés como notável, mas corrigível. · Viés estimado por modelagem e experimento de um grupo; a estimativa pode mudar com estudos futuros. · Conferida na fonte (resumo), conferência automatizada
• Fato estabelecido: Pelo δ18O, Emiliani viu que espécies diferentes de foraminíferos planctônicos formavam a concha em profundidades diferentes; segundo seu relato, foi ridicularizado por um especialista e, cerca de 15 anos depois, redes que abrem e fecham mostraram que as espécies viviam em profundidades distintas. [1] Seção 3
  Contexto: O primeiro trecho é a lembrança do próprio Emiliani em carta de 1994 citada por Berger, sem a documentação da época. · Limitações: Relato de memória do protagonista; a segunda parte é afirmação de Berger. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada

Fontes

1. Comptes Rendus Palevol (Académie des sciences; Muséum national d'Histoire naturelle) — Cesare Emiliani (1922–1995), pioneer of Ice Age studies and oxygen isotope stratigraphy
   Berger, W. H. · 2002 · Revisão ou síntese científica · lida na íntegra · consultada em 14/10/2026 DOI 10.1016/S1631-0683(02)00073-8
2. Paleoceanography (American Geophysical Union) — A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic D18O records
   Lisiecki, L. E.; Raymo, M. E. · 2005 · Artigo científico original · lida na íntegra · consultada em 14/10/2026 DOI 10.1029/2004PA001071
3. Climate of the Past (European Geosciences Union) — Evaluation of oxygen isotopes and trace elements in planktonic foraminifera from the Mediterranean Sea as recorders of seawater oxygen isotopes and salinity
   Dämmer, L. K.; de Nooijer, L.; van Sebille, E.; Haak, J. G.; Reichart, G.-J. · 2020 · Artigo científico original · lida na íntegra · consultada em 14/10/2026 DOI 10.5194/cp-16-2401-2020
4. NASA Earth Observatory — Paleoclimatology: The Oxygen Balance
   NASA Earth Observatory · 2005 · Divulgação científica · lida na íntegra · consultada em 14/10/2026
5. Communications Earth & Environment (Nature Portfolio) — Rapid grain boundary diffusion in foraminifera tests biases paleotemperature records
   Adams, A.; Daval, D.; Baumgartner, L. P.; Bernard, S.; Vennemann, T. et al. · 2023 · Artigo científico original · lido só o resumo · consultada em 14/10/2026 DOI 10.1038/s43247-023-00798-2
6. University of California Museum of Paleontology (UCMP) — Introduction to the Foraminifera
   University of California Museum of Paleontology · s.d. · Divulgação científica · lida na íntegra · consultada em 14/10/2026

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