Introdução
Há dois bilhões de anos, uma rocha com 20 a 25 quilômetros de diâmetro se chocou com o que hoje é a província do Estado Livre, na África do Sul, escavando um buraco de cerca de 250 quilômetros de largura e erguendo de pé uma seção de 25 quilômetros da crosta do planeta. Esse valor, de 20 a 25 quilômetros, vem de uma reanálise de 2022 publicada no Journal of Geophysical Research: Planets, e faz do impactor de Vredefort um corpo maior que o asteroide que matou os dinossauros.
A cratera em si desapareceu. O que resta é o Domo de Vredefort, um domo erodido de cerca de 90 quilômetros de largura, cercado por um anel de colinas, que marca o pico de rebote no centro exato da maior estrutura de impacto confirmada da Terra. Em 2022, um conjunto de simulações de computador reescreveu o tamanho do objeto que a produziu.
Qual era o tamanho do asteroide que criou a cratera de Vredefort?
Durante décadas, a resposta dos livros didáticos era um objeto de cerca de 15 quilômetros de diâmetro viajando a 15 quilômetros por segundo. Essa combinação produz uma cratera de cerca de 172 quilômetros de largura. O problema é que as evidências geológicas em Vredefort apontam para uma cratera bem maior que isso. Como escreveu a equipe de Allen em 2022, “as estimativas comumente usadas ficam em torno de 170–300 km de diâmetro, com a maioria pendendo para a extremidade maior dessa faixa (250–280 km)”.
Em 2022, uma equipe liderada por Natalie Allen, que começou o trabalho como projeto de uma disciplina de graduação na Universidade de Rochester e o publicou como doutoranda na Universidade Johns Hopkins, se propôs a conciliar o impactor com a cratera. Trabalhando com Miki Nakajima, professora assistente de ciências da Terra e do meio ambiente em Rochester, além de Kai Wünnemann, do Museum für Naturkunde de Berlim, Søren Helhoski e Dustin Trail, Allen executou simulações de impacto com o código de física de choque iSALE. O artigo da equipe, “A Revision of the Formation Conditions of the Vredefort Crater”, saiu no Journal of Geophysical Research: Planets em 8 de agosto de 2022.
As simulações mostraram que, para escavar uma cratera de cerca de 250 quilômetros de diâmetro, o impactor tinha de ser bem maior que 15 quilômetros. Duas combinações se ajustam às evidências. Nas palavras dos autores, “descobrimos que um impactor de 20 km com velocidade de impacto de 25 km/s cria uma cratera do tamanho de Vredefort”; alternativamente, um objeto de 25 quilômetros de diâmetro que atinja a 15 quilômetros por segundo funciona igualmente bem. A equipe resumiu o impactor como tendo de 20 a 25 quilômetros de diâmetro, movendo-se entre 15 e 25 quilômetros por segundo.
O modelo fez mais do que reproduzir o diâmetro da cratera. Ele reproduziu a distribuição das feições de choque ainda visíveis na rocha hoje: brechas, cones de estilhaçamento e feições de deformação planar no quartzo. Essa correspondência confirmou que um impactor maior e mais rápido é compatível com o registro físico.
Por que isso significa que ele superou o assassino dos dinossauros
O asteroide que formou a cratera de Chicxulub, no México, há 66 milhões de anos, aquele associado à extinção dos dinossauros não avianos, costuma ser modelado com cerca de 10 quilômetros de diâmetro, e Chicxulub tem cerca de 180 quilômetros de extensão. Um impactor de Vredefort de 20 a 25 quilômetros é maior, e a cratera que ele deixou era mais larga.
O impactor maior não deixou camada de extinção em massa, porque quase não havia nada complexo para matar. “Ao contrário do impacto de Chicxulub, o impacto de Vredefort não deixou um registro de extinção em massa nem de incêndios florestais, já que havia apenas formas de vida unicelulares e não existiam árvores há dois bilhões de anos”, disse Nakajima. “No entanto, o impacto teria afetado o clima global potencialmente de forma mais ampla do que o impacto de Chicxulub.” Ela acrescentou que a poeira e os aerossóis teriam bloqueado a luz solar e resfriado a superfície, e que “depois que a poeira e os aerossóis assentassem, o que poderia levar de horas a uma década, gases de efeito estufa como o dióxido de carbono emitidos pelo impacto teriam elevado a temperatura global potencialmente em vários graus por um longo período”.
As simulações também rastrearam onde os detritos caíram. Trabalhos anteriores haviam associado o material ejetado pelo impacto à região da Carélia, na atual Rússia. O modelo de Allen implica que, há dois bilhões de anos, a massa continental que continha a Carélia ficava a apenas cerca de 2.000 a 2.500 quilômetros da cratera, bem mais perto do que as duas regiões estão hoje, e uma possível verificação das reconstruções da posição dos continentes antigos.
Qual é a idade da cratera de Vredefort?
O impacto ocorreu há cerca de 2,02 bilhões de anos, no Período Orosiriano da Era Paleoproterozoica. A data mais precisa vem de um estudo de 1996 de Sandra Kamo, Wolf Uwe Reimold, Thomas Krogh e W. P. Colliston, publicado na Earth and Planetary Science Letters. Eles mediram uma idade urânio-chumbo concordante de 2.023 ± 4 milhões de anos em grãos de zircão recém-cristalizados e não chocados, dentro de brecha pseudotaquilítica recristalizada perto do centro da estrutura, material formado no momento do impacto.
Essa idade se manteve entre diferentes métodos. A datação argônio-argônio de pseudotaquilitos com coesita e estishovita, feita por John Spray, Simon Kelley e Reimold em 1995, situou o evento perto do mesmo ponto, e os diques de granófiro e as brechas dos campos de ouro de Witwatersrand dão todos idades em torno de 2.020 milhões de anos. Alguns estudos citam valores ligeiramente diferentes, de 2,019 a 2,020 bilhões de anos, mas a dispersão é pequena.
As rochas de Vredefort em si são muito mais antigas que o impacto. O embasamento de granito e greenstone no núcleo pertence ao Cráton de Kaapvaal e data de aproximadamente 3,1 a 3,5 bilhões de anos. O impacto de 2,02 bilhões de anos apenas reorganizou uma crosta que já existia havia mais de um bilhão de anos.
Vredefort é a maior cratera de impacto da Terra?
Pelo consenso dos pesquisadores de impactos, sim: Vredefort é a maior estrutura de impacto confirmada da Terra. A UNESCO a descreve como a mais antiga, maior e mais profundamente erodida estrutura complexa de impacto de meteorito do mundo, e o local do maior evento isolado de liberação de energia conhecido a ter afetado o planeta. A cratera original superava a Bacia de Sudbury, de 200 quilômetros, no Canadá, e a cratera de Chicxulub, de cerca de 180 quilômetros.
O diâmetro exato é incerto, e fontes respeitáveis divergem. O Earth Observatory da NASA afirma que a cratera media “algo entre 180 e 300 quilômetros de largura”. A faixa da Wikipédia vai de 170 a 300 quilômetros. A equipe de Allen adotou um diâmetro original de 250 a 280 quilômetros. Um trabalho de escalonamento de Ann Therriault, Richard Grieve e Reimold, em 1997, baseado na dispersão das feições de choque, apontou para cerca de 300 quilômetros. A documentação da UNESCO cita um diâmetro total de “cerca de 300–400 km” e um raio de 190 quilômetros para toda a zona perturbada.
Roger Gibson, da Universidade de Witwatersrand, um dos principais especialistas na estrutura, explicou por que é tão difícil fixar esse número. “Se você considerar que a cratera de impacto original era uma tigela rasa, dessas em que se serve comida, e que fosse possível fatiá-la horizontalmente, camada por camada, você veria que o diâmetro da tigela diminui a cada fatia que se retira”, disse ele. “Por isso, não podemos fixar categoricamente onde fica hoje a borda.” Mais de dois bilhões de anos de erosão removeram a parte superior da tigela, de modo que a largura que sobrevive é menor do que a cratera jamais foi.
O título de “maior” vale para estruturas confirmadas. A feição da Terra de Wilkes, soterrada sob o manto de gelo da Antártida Oriental, se algum dia se revelar uma cratera de impacto, seria bem maior, mas sua origem por impacto não está confirmada.
Vredefort é a cratera mais antiga da Terra?
Não, perdeu esse título em 2020. A estrutura de impacto de Yarrabubba, na Austrália Ocidental, foi datada em 2.229 ± 5 milhões de anos por uma equipe liderada por Timmons Erickson, então no Johnson Space Center da NASA, em colaboração com pesquisadores da Universidade Curtin. Eles mediram idades urânio-chumbo em monazita e zircão recristalizados por choque. Isso faz de Yarrabubba cerca de 200 milhões de anos mais antiga que Vredefort e a atual detentora do recorde de estrutura de impacto confirmada mais antiga da Terra.
Vredefort ocupa, portanto, o posto de segunda estrutura de impacto mais antiga com datação precisa, à frente da Bacia de Sudbury, de 1.850 milhões de anos. Existem candidatas mais antigas (a estrutura de Suavjärvi, na Rússia, a de Maniitsoq, na Groenlândia, e a de Dhala, na Índia), mas cada uma tem uma idade mal definida ou evidências contestadas de que seja mesmo um impacto. Entre o trio de grandes impactos pré-cambrianos com datação precisa, Vredefort é o maior.
Onde fica o Domo de Vredefort?
O Domo de Vredefort fica a cerca de 120 quilômetros a sudoeste de Joanesburgo, na divisa entre as províncias sul-africanas do Estado Livre e do Noroeste. A pequena cidade agrícola de Vredefort fica perto do centro geométrico; a cidade maior de Parys, no rio Vaal, é o polo turístico local. Koppies e Venterskroon completam o conjunto de povoados dentro da estrutura. O rio Vaal serpenteia pelo anel de colinas, e o trecho mais íngreme de seu curso atravessa o domo, produzindo corredeiras e um padrão entrelaçado incomum.
Do solo, o impacto é quase invisível, por causa de seu tamanho e da erosão. O padrão só se define visto do ar ou da órbita, onde a metade noroeste do domo aparece como um conjunto semicircular de cristas concêntricas. A metade sudeste está soterrada sob rochas mais jovens do Supergrupo Karoo, e é por isso que o anel visível é um crescente, e não um círculo completo.
A UNESCO inscreveu o Domo de Vredefort como Patrimônio Mundial em 2005, o sétimo desse tipo na África do Sul. O bem em série cobre cerca de 30.111 hectares, uma área principal de 30.108 hectares mais três componentes-satélite de um hectare cada, e é envolvido por uma zona de amortecimento de cinco quilômetros, destinada a protegê-lo do desenvolvimento. O comitê o listou sob o critério (viii) do patrimônio natural, chamando-o de o único lugar da Terra que expõe um perfil geológico completo de um astroblema abaixo do piso da cratera.
Qual é a diferença entre o Domo de Vredefort e a cratera de Vredefort?
Os dois nomes descrevem coisas diferentes. A cratera de Vredefort, ou, mais precisamente, a estrutura de impacto, é toda a feição de 250 a 300 quilômetros escavada pelo asteroide, da qual a maior parte foi erodida ou está soterrada. O Domo de Vredefort é o soerguimento central, muito menor, no coração dessa cratera: o pico de rebote de rocha que se projetou para cima nos minutos seguintes ao impacto, como a água que ressalta em uma coluna depois que uma pedra cai nela.
Quando um grande objeto atinge o solo, o terreno primeiro é socado para baixo, formando uma cavidade transiente profunda, e depois o piso ressalta. Em Vredefort, o ressalto elevou a crosta profunda em cerca de 25 quilômetros, segundo as estimativas, e girou os estratos ao redor até que ficassem quase verticais. O domo é o que sobreviveu depois que cerca de 8 a 11 quilômetros de rocha sobrejacente foram erodidos; os modeladores de impactos costumam adotar cerca de 10 quilômetros. Medido hoje, o anel de colinas do domo tem cerca de 70 quilômetros, a estrutura soerguida mais ampla, cerca de 90 quilômetros, e o núcleo granítico bem no meio, cerca de 40 quilômetros.
Essa erosão profunda é a fonte do valor científico de Vredefort. A maioria das crateras é estudada de cima para baixo, por meio de seus pisos e bordas preservados. Vredefort só pode ser estudada de baixo para cima: a erosão removeu a tigela por completo e expôs a rocha profunda que antes estava abaixo dela. Os visitantes que percorrem de carro os 50 quilômetros de Potchefstroom até Vredefort atravessam rochas que ficam mais antigas a cada quilômetro, terminando em granitos de 3,1 a 3,5 bilhões de anos que um dia estiveram a cerca de 25 quilômetros de profundidade. “Seções crustais expostas como essas são incrivelmente raras na Terra”, disse Gibson. “O bônus adicional aqui é que as rochas preservam um registro quase contínuo que abrange quase um terço da história da Terra.”
Como os geólogos provaram que foi um impacto, e não um vulcão
Durante a maior parte do século XX, o Domo de Vredefort foi interpretado como uma feição vulcânica ou de “criptoexplosão” que brotava de baixo. A mudança começou na década de 1930, quando os geólogos americanos John Boon e Claude Albritton notaram a ausência de material vulcânico e a semelhança com sítios de impacto conhecidos. Em 1961, R. B. Hargraves documentou cones de estilhaçamento nas rochas de Vredefort, os padrões de fratura cônicos e estriados que só se formam sob o choque extremo de um impacto ou de uma explosão nuclear. O caso se consolidou até meados da década de 1990, quando estudos de microdeformação confirmaram as feições planares no quartzo de Vredefort como dano de choque genuíno e a datação de zircão vinculou a deformação a um único evento ocorrido há 2,02 bilhões de anos. Os geoquímicos também detectaram um pequeno componente meteorítico na rocha de fusão.
Os cones de estilhaçamento em Vredefort aparecem em rochas a até cerca de 90 quilômetros do centro. As feições de deformação planar no quartzo, danos microscópicos na rede cristalina que são diagnósticos de choque, estendem-se até cerca de 45 quilômetros, e as brechas de impacto chegam a cerca de 150 quilômetros de distância. Esses raios são as réguas que os pesquisadores usam para deduzir um diâmetro de cratera de 250 a 300 quilômetros. A estrutura também preserva coesita e estishovita, formas densas de sílica de alta pressão que, em rochas tão próximas da superfície, só podem ter se formado sob o choque de um impacto, mais uma evidência que nenhum processo geológico lento consegue imitar.
Diques de granófiro e pseudotaquilito: o registro da fusão
Vredefort preserva dois tipos de rocha de fusão gerada por impacto, e cada um conta uma parte diferente da história. O Granófiro de Vredefort é fusão de impacto verdadeira, rocha que foi liquefeita pela colisão. Ele sobrevive hoje como nove diques conhecidos que preenchem fraturas verticais no domo. Dentro do núcleo granítico, esses diques chegam a 20 metros de largura e 4 quilômetros de comprimento; ao longo do limite entre o núcleo e o colar, chegam a 65 metros de largura e 9 quilômetros de comprimento, segundo medições de Ann Therriault e colegas. O granófiro contém cerca de 20% de fragmentos de rocha chocada em volume e traços geoquímicos do próprio impactor, o que o marca como remanescente drenado do lençol de fusão que um dia se acumulou na cratera.
O segundo tipo, a brecha pseudotaquilítica, forma veios e redes escuros que vão de fissuras finas, de milímetros, a corpos de dezenas de metros de largura. Eles aparecem por todo o domo e bem longe, nos campos de ouro de Witwatersrand. Formaram-se por uma mistura de fusão por atrito, quando blocos da crosta deslizaram uns contra os outros, e de fusão por descompressão, quando o soerguimento central colapsou.
As rochas de fusão também estabelecem um limite superior para o tempo que a estrutura levou para se acomodar. Estudos sobre os diques de granófiro indicam que a colocação ocorreu em dois ou mais pulsos e que o relaxamento crustal após o impacto durou da ordem de um milhão de anos, uma cauda lenta para um evento cuja fase violenta durou apenas minutos.
A conexão com o ouro: por que Joanesburgo deve sua riqueza a um asteroide
A Bacia de Witwatersrand, ao redor de Vredefort, contém o depósito de ouro mais rico já encontrado. A bacia produziu mais de 40.000 toneladas de ouro; as estimativas de sua participação em todo o ouro já extraído vão de cerca de um quinto a até metade, dependendo de quem faz a contabilidade. O ouro foi descoberto na bacia em 1886, na fazenda Langlaagte, perto da atual Joanesburgo, e a corrida que se seguiu construiu a cidade. Os mesmos estratos auríferos afloram no colar do domo, cerca de 120 quilômetros a sudoeste.
O ouro é anterior ao impacto: foi depositado em sedimentos de rios antigos a partir de cerca de três bilhões de anos atrás. Mas o impacto pode explicar por que ele ainda está aqui para ser extraído. A colisão afundou por falhas e dobrou os estratos auríferos, arrastando parte deles para maior profundidade e girando as camadas nos arcos concêntricos vistos hoje. Como Reimold e colegas observaram em sua síntese sobre as rochas de fusão da estrutura, acredita-se agora, segundo alguns pesquisadores, que o recurso de Witwatersrand “foi preservado da erosão principalmente em consequência do afundamento por falhas e do dobramento dos estratos auríferos devido ao impacto de Vredefort”. O calor do impacto também provocou um novo fluxo de fluidos através de rochas cujos poros originais já estavam selados havia muito tempo, remodelando a forma como o ouro se distribui nos reefs.
A relação também funciona no sentido contrário. A estrutura gerou pelo menos 750 publicações científicas desde 1937, segundo a contagem de sua documentação de Patrimônio Mundial, muitas delas sobre a geologia e os recursos naturais de Vredefort e muitas impulsionadas pela mineração e pelas sondagens de exploração que expuseram a arquitetura profunda da estrutura. A mesma mineração que o impacto tornou valiosa acabou mapeando o próprio impacto.
Lendo os anéis: como o impacto reorganizou a crosta
O padrão concêntrico visível do espaço é a raiz erodida da deformação da cratera. Ao redor do núcleo granítico, o impacto inverteu e inclinou abruptamente as rochas estratificadas do Supergrupo Witwatersrand, das lavas de Ventersdorp e do Supergrupo Transvaal. Avançando para fora, a sequência de idades das rochas se inverte em alguns pontos, resultado de estratos dobrados sobre si mesmos. As camadas mais duras, em particular os quartzitos, resistem à erosão e se erguem como as cristas de linhas brancas do Vredefort Mountainland.
Vredefort é também uma das poucas estruturas de impacto de múltiplos anéis da Terra. Bacias de múltiplos anéis são comuns em outras partes do Sistema Solar, e Valhalla, em Calisto, lua de Júpiter, é o exemplo clássico, mas na Terra a erosão e a tectônica de placas apagaram quase todas elas.
O que o impacto teria feito ao planeta
Há dois bilhões de anos, a biosfera da Terra era microbiana. A atmosfera havia começado havia pouco a conter oxigênio livre depois do Grande Evento de Oxidação, e não havia plantas, animais nem florestas para queimar. Um impactor de 20 a 25 quilômetros ainda teria tido consequências globais. O modelo aponta para poeira e aerossóis lançados a grande altura na atmosfera, bloqueando a luz solar e resfriando a superfície por tempo suficiente para ameaçar os organismos fotossintetizantes que existiam, seguidos por um rebote de efeito estufa causado pelo dióxido de carbono liberado pelo impacto, que poderia ter aquecido o planeta em vários graus por um período prolongado.
Como não havia criaturas de concha dura nem plantas terrestres para deixar uma camada fóssil de extinção, as consequências climáticas são reconstruídas a partir da física, e não lidas em uma contagem de mortos. Um modelo mais preciso do maior impacto da Terra aprimora a forma como os pesquisadores simulam outros impactos antigos e avaliam os futuros.
Perguntas frequentes
Qual é a idade da cratera de Vredefort?
O impacto ocorreu há 2.023 ± 4 milhões de anos, data medida por datação urânio-chumbo de grãos de zircão formados pelo impacto em um estudo de 1996 de Kamo, Reimold, Krogh e Colliston. Isso o situa no Período Orosiriano da Era Paleoproterozoica. As rochas que ele deformou são ainda muito mais antigas, com mais de três bilhões de anos.
Qual era o tamanho do asteroide que atingiu Vredefort?
O estudo de Allen et al., de 2022, estimou o impactor em 20 a 25 quilômetros de diâmetro, viajando a 15 a 25 quilômetros por segundo. Isso é maior que o asteroide de cerca de 10 quilômetros associado à cratera de Chicxulub e à extinção dos dinossauros. O valor antigo dos livros didáticos, de um impactor de 15 quilômetros, produzia uma cratera pequena demais para corresponder às evidências geológicas.
É possível visitar o Domo de Vredefort?
Sim. O domo é Patrimônio Mundial da UNESCO e fica a cerca de 120 quilômetros a sudoeste de Joanesburgo, cerca de duas horas de carro. A cidade de Parys, no rio Vaal, é a principal base para os visitantes, e há passeios geológicos guiados, trilhas e rafting no rio. A estrutura é tão grande que sua forma é mais bem apreciada em imagens de satélite ou de pontos de observação elevados do que de um único ponto no chão.
Por que a cratera de Vredefort é importante para a mineração de ouro?
O impacto deformou a Bacia de Witwatersrand, rica em ouro, que produziu mais de 40.000 toneladas de ouro, cerca de 22% de todo o ouro contabilizado acima da superfície. Ao afundar por falhas e dobrar os reefs auríferos, acredita-se que o impacto tenha ajudado a preservá-los da erosão, e o calor que gerou impulsionou fluidos que remodelaram o minério. O ouro foi descoberto nessas rochas em 1886.
Vredefort ainda é a cratera de impacto mais antiga da Terra?
Não. Desde 2020, a estrutura de Yarrabubba, na Austrália Ocidental, datada em 2.229 ± 5 milhões de anos, detém o recorde de estrutura de impacto confirmada mais antiga, cerca de 200 milhões de anos mais velha que Vredefort. Vredefort continua sendo a maior estrutura de impacto confirmada e a segunda mais antiga com datação precisa.
O que são cones de estilhaçamento e pseudotaquilito?
Cones de estilhaçamento são fraturas cônicas e estriadas que se formam na rocha sob o choque intenso de um impacto, e estão entre os sinais diagnósticos de superfície de uma estrutura de impacto. O pseudotaquilito é uma rocha de fusão escura produzida quando a rocha é fundida por atrito e descompressão durante o impacto. Ambos são abundantes em Vredefort e ajudaram a confirmar sua origem por impacto.
