Um dos mistérios ainda não resolvidos da história da Terra é como o planeta se tornou oxigenado e respirável bilhões de anos atrás. Agora, um novo estudo diz que o culpado pode ter sido as gigantescas lajes de rocha que compõem a concha externa da Terra.
À medida que essas chamadas placas se movessem, em um processo chamado tectônica de placas, eles teriam enterrado restos de criaturas mortas ricas em carbono sob outras placas enquanto deslizavam por baixo. No manto da Terra, sob a crosta, o carbono não seria capaz de reagir com o oxigênio, deixando esse ingrediente vital na atmosfera, disseram os cientistas.
Até o Grande Evento de Oxigenação, a atmosfera do planeta era uma mistura de nitrogênio, dióxido de carbono, vapor de água e metano. Então, 2,5 bilhões de anos atrás, uma classe de criaturas unicelulares começou a usar esse dióxido de carbono e a produzir oxigênio como resíduo. Mas o oxigênio é altamente reativo; reações com rochas superficiais e carbono que escapam dos restos de organismos mortos esgotariam rapidamente o elemento.
Enterrar carbono
O novo estudo de Megan Duncan e Rajdeep Dasgupta, da Universidade Rice, no Texas, postulou que o carbono das criaturas mortas foi empurrado para baixo da crosta terrestre, ou subdividido, para formar grafites e diamantes antigos. Como tal, a dupla disse que o Grande Evento de Oxigenação foi, em parte, impulsionado pelo início das "modernas" placas tectônicas, nas quais a crosta terrestre é dividida em enormes placas que colidem, empurram e deslizam umas sobre as outras.
O processo foi eficiente o suficiente para que o carbono não tivesse tempo de reagir com o oxigênio, de modo que o oxigênio - o produto residual de todas as primeiras criaturas - permaneceu na atmosfera e acumulou-se perto dos níveis vistos hoje. O resultado: uma atmosfera favorável aos futuros respiradores de oxigênio.
"Este trabalho começou considerando os processos que ocorrem hoje em zonas de subducção", disse Duncan à Live Science. "E então imaginando o que aconteceu nas antigas zonas de subducção."
Duncan usou um modelo de computador da atmosfera mostrando uma reação entre dióxido de carbono e água. Quando os dois reagem, eles produzem oxigênio molecular (composto de dois átomos de oxigênio) e formaldeído (um composto composto de carbono, hidrogênio e oxigênio). O formaldeído não é necessariamente o que os seres vivos realmente produziriam; é um substituto para compostos de carbono orgânico mais complexos, disse Duncan.
Normalmente, essa reação é equilibrada; o oxigênio volta para produzir mais dióxido de carbono (CO2) e água, deixando uma atmosfera desprovida de oxigênio. É aí que entram as placas tectônicas, disseram os pesquisadores. De acordo com o novo estudo, as placas empurrando todo o formaldeído para o subsolo, deixando o ar com mais oxigênio. Enquanto isso, sem o formaldeído conduzindo a reação química "equilibrada", o CO2 extra permaneceria na atmosfera, ajudando os respiradores a prosperar e produzir ainda mais oxigênio como lixo, descobriram os pesquisadores em seu modelo de computador.
Mantendo o carbono sob controle
Para verificar suas hipóteses, os pesquisadores usaram ambas as medições mais antigas de carbono nas antigas crostas e nos experimentos de laboratório. Em alguns diamantes antigos, por exemplo, há uma certa quantidade de carbono-13, um isótopo de carbono encontrado nos tecidos de organismos vivos. Esses dados mostraram que uma certa quantidade de carbono orgânico chegou claramente ao manto (abaixo da crosta terrestre), disseram os pesquisadores.
A próxima pergunta era se o carbono ficaria lá. Duncan derreteu um pedaço de vidro de silicato e adicionou grafite a ele. O vidro simulava a crosta antiga e a grafite representava o carbono dos organismos, disse Duncan. Ela então aumentou a pressão e a temperatura, começando em cerca de 14.800 atmosferas de pressão e aumentando para 29.000 atmosferas (ou seja, 435.000 libras por polegada quadrada). Os resultados mostraram que o carbono pode se dissolver nas rochas nas condições provavelmente presentes no manto da Terra, segundo o estudo. O resultado também mostrou que é provável que o carbono permaneça sob a crosta por milhões de anos antes que os vulcões o façam novamente, disse o estudo.
Determinar o mecanismo exato para o Grande Evento de Oxigenação não será fácil, disse Duncan, e provavelmente envolveu vários mecanismos, não apenas um. Um desafio é o cronograma de quando a subducção começou, disse ela.
"Se os processos modernos de placas tectônicas sempre estiveram em ação, isso não funciona", disse Duncan. Outras linhas de evidência parecem mostrar que a Terra primitiva pode não ter inicialmente tectônica de placas e que o processo começou mais tarde, acrescentou Duncan.
"Também depende de quanto carbono orgânico foi removido da superfície", escreveu Duncan em um email. "Quanto carbono orgânico chegou ao fundo do oceano (o que provavelmente depende da química antiga do oceano). Sabemos que isso acontece hoje. Podemos medi-lo. Vemos em rochas antigas e potencialmente em diamantes, então Acreditamos que o carbono orgânico estava presente e subdividido ao longo da história da Terra ".
O problema é colocar limites exatos de quanto e com que rapidez, ela disse.
Tim Lyons, professor de biogeoquímica da Universidade da Califórnia em Riverside, concordou que vincular esse modelo ao registro conhecido em rochas é um desafio. "Uma das minhas perguntas é se esses dados podem ser vinculados a um registro robusto para o histórico de subducção", disse Lyons.
"Houve muitos mecanismos propostos para causar o GOE; nenhum, por si só, pode recriar a magnitude do aumento de O2 que é observada a partir do registro", disse Duncan. "Provavelmente foi uma combinação de muitos desses mecanismos, incluindo a subducção, que permitiu que os níveis de O2 aumentassem e fossem mantidos pelo resto da história da Terra".
O estudo apareceu (25 de abril) na revista Nature Geoscience.
