Taphonomic significance of Aristotle's 'Wheel Paradox': an example with the cerithid gastropod Cerithium atratum (Born, 1778) from Conceição Lagoon, Santa Catarina State, Southern Brazil

Abstract

In the book Mechanical Problems, attributed to Aristotle, the author relates the differential degrees of wearing and rounding of pebbles and shells moved by waves on the seashore to the variable radii and diameters of these particles. This phenomenon, which became known as Aristotle’s ‘Wheel Paradox,’ seems to explain the pattern of abrasion observed in shells of gastropods Cerithium atratum (Born) found in Conceição Lagoon, on the Island of Santa Catarina, Brazil. In situ observations show that the elongated turriform shells of C. atratum deposited at shallow (< 30 cm) depths on a sandy bottom with pavements of disarticulated valves of Anomalocardia flexuosa Gmelin are subject to bidirectional wave-generated currents under fairweather conditions. The 47 specimens analyzed exhibit a pattern of abrasion characterized by the loss of the shell wall, apparently proceeding from the wider last whorl toward the narrow apex, culminating in the exposure of the columella. Experiments designed to test whether this pattern could be related to the ‘Wheel Paradox’ principle show that under bidirectional flow, the shells describe circles on the vertical plane around the longitudinal axis (rolling) and a pendulum movement (revolution) on the horizontal plane centered on the apex. The whorls located farther from the apex have larger diameters and describe broader arc segments. Thus, they have higher tangential velocities and travel longer paths, which could explain why they are abraded earlier than the narrower whorls. Recognizing similar abrasion features in fossil shells can provide information on the local paleo-currents, hydrodynamics, and relative time-averaging of death assemblages and allow distinguishing between natural or anthropogenic modification in archaeological specimens. Although the effects vary between shells with different shapes, Aristotle’s ‘Wheel Paradox’ principle explains the general abrasion pattern among gastropods under certain hydrodynamic conditions.

Keywords: Actualistic Taphonomy, Aktuopaläontologie, shell abrasion, shell orientation, biostratinomy, hydrodynamics.

RESUMO – No livro Problemas Mecânicos, atribuído a Aristóteles, o autor relaciona graus variáveis de desgaste e arredondamento de seixos e conchas movidas por ondas na praia aos raios e diâmetros dessas partículas. Este fenômeno, que se ficou conhecido como o ‘Paradoxo da Roda’ de Aristóteles, parece explicar o padrão de abrasão observado em conchas do gastrópode Cerithium atratum (Born) encontradas na Lagoa da Conceição, na Ilha de Santa Catarina, Brasil. Observações in situ mostram que as conchas turriformes alongadas de C. atratum depositadas em áreas rasas (< 30 cm) em fundo arenoso com pavimentos de Anomalocardia flexuosa Gmelin são sujeitas a correntes bidirecionais geradas por ondas sob condições de tempo bom. Os 47 espécimes analisados exibem um padrão de abrasão caracterizado pela perda da parede da concha que aparentemente inicia na volta corporal e procede em direção ao ápice, culminando na exposição da columela. Experimentos designados para testar se esse padrão pode ser relacionado ao princípio do ‘Paradoxo da Roda’ mostram que sob fluxo bidirecional as conchas descrevem círculos no plano vertical ao redor do eixo longitudinal (rolamento) e um movimento pendular no plano horizontal (rotação) centrado no ápice. As voltas mais distantes do ápice têm diâmetros maiores e descrevem segmentos de arco mais longos, portanto têm maior velocidade tangencial e percorrem trajetórias mais longas, o que pode explicar porque são abradidas antes das voltas mais estreitas. O reconhecimento de feições de abrasão similares em conchas fósseis pode fornecer informações a respeito de paleocorrentes, hidrodinâmica e mistura temporal relativa em associações mortas, e permitir distinguir entre modificações naturais ou antropogênicas em espécimes arqueológicos. Embora os efeitos variem entre conchas com formas distintas, o ‘Paradoxo da Roda’ de Aristóteles parece explicar o padrão geral de abrasão entre gastrópodes sob certas condições hidrodinâmicas.

Palavras-chave: Tafonomia Atualística, Aktuopaläontologie, abrasão em conchas, orientação em conchas, bioestratinomia, hidrodinâmica.