A POEIRA CÓSMICA REVELA ATMOSFERA ANTIGA DA TERRA. (Comentado)

Usando os mais antigos micrometeoritos fósseis – poeira do espaço – já encontrados, a pesquisa levou a Universidade Monash a fazer uma descoberta surpreendente sobre a química da atmosfera da Terra a 2,7 bilhões de anos atrás.

Esta é uma das 60 micrometeoritos extraídos de 2,7 bilhões anos velha da pedra calcária, da região de Pilbara, na Austrália Ocidental. Estes micrometeoritos consistem em minerais de óxido de ferro que formam quando partículas de pó de metal do ferro de meteoritos foram oxidados como eles entrou na atmosfera da Terra, indicando que a antiga atmosfera superior foi surpreendentemente rico em oxigênio. Crédito: Andrew Tomkins

Esta é um dos 60 micrometeoritos extraídos de um calcário de 2,7 bilhões anos na região de Pilbara, na Austrália Ocidental. Estes micrometeoritos consistem em minerais de óxido de ferro que formam quando partículas de pó de metal do ferro de meteoritos foram oxidadas como eles entrou na atmosfera da Terra, indicando que a antiga atmosfera superior foi surpreendentemente rica em oxigênio. Crédito: Andrew Tomkins

Os resultados de um novo estudo publicado na revista Nature – liderados por Andrew Tomkins e uma equipe da School of Earth, Atmosphere and Environment at Monash, junto com cientistas do Synchrotron australiano e Imperial College, Londres – desafiam a visão da tradicional da atmosfera antiga que afirma que a Terra era pobre em oxigênio. Os resultados indicam que a antiga atmosfera superior da Terra continha cerca da mesma quantidade de oxigênio que a atual, e que uma camada de neblina de metano separava a camada superior rico em oxigênio da atmosfera inferior sedentas de oxigênio.

Dr Tomkins explicou como a equipe extraiu de micrometeoritos amostras de calcário antigo coletadas na região de Pilbara, na Austrália Ocidental e examinando-as no Centro de Monash de Microscopia Eletrônica (MCEM) e no Synchrotron australiano.
“Usando microscópios de ponta descobrimos que a maior parte dos micrometeoritos tem partículas de ferro metálico – comum em meteoritos – que haviam sido transformados em minerais de óxido de ferro na atmosfera superior, indicando maiores concentrações de oxigênio do que o esperado,” disse o Dr. Tomkins.

“Este foi um resultado emocionante, porque é a primeira vez que alguém encontrou uma maneira de provar a química da atmosfera superior da Terra antiga”, disse Tomkins.
No Imperial College, o pesquisador Dr. Matthew Genge – um especialista em poeira cósmica moderna – apresentou cálculos que mostraram que o oxigênio nas concentrações atmosfera superior precisaria estar perto de níveis modernos para explicar as observações.
“Esta foi uma surpresa, porque tem sido firmemente estabelecido que a baixa atmosfera da Terra era muito pobre em oxigênio 2,7 bilhões de anos atrás, como a atmosfera superior poderia conter tanto oxigênio antes do aparecimento de organismos fotossintéticos foi verdadeiro quebra-cabeças”, disse Dr. Genge.

Tomkins explicou que os novos resultados sugerem a Terra neste momento pode ter tido uma atmosfera em camadas com pouca mistura vertical, e maiores níveis de oxigênio na atmosfera superior produzida pela quebra de CO2 por luz ultravioleta.

“Uma possível explicação para esta atmosfera em camadas poderia ter envolvido a camada de metano neblina em níveis médios da atmosfera. O metano em tal camada iria absorver a luz UV, liberando calor e criando uma zona quente na atmosfera que possa inibir a mistura vertical,” disse o Dr. Tomkins.

“É incrível pensar que, ao estudar partículas fossilizadas de poeira espacial da largura de um cabelo humano, podemos ganhar novos insights sobre a composição química da atmosfera superior da Terra, bilhões de anos atrás.” disse o Dr. Tomkins.

Dr Tomkins esta delineado os próximos passos da pesquisa. “A próxima etapa de nossa pesquisa será extrair micrometeoritos de uma série de rochas que cobrem mais de um bilhão de anos da história da Terra, a fim de aprender mais sobre as mudanças na química da atmosfera e da estrutura ao longo do tempo geológico. Vamos nos concentrar particularmente no grande evento da oxidação , que aconteceu 2,4 bilhões de anos atrás, quando houve um salto repentino na concentração de oxigênio na atmosfera mais baixa”.

Fonte: Science Daily

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Comentários internos.

A pouco tempo um estudo publicado na Nature apontava (a partir de estudos com zircão mais velho do planeta Terra) que havia uma concentração razoável de oxigênio na atmosfera primitiva próximo do momento em que a vida se originou, criando um dilema sobre a composição da atmosfera da Terra pré-biótica; redutora ou oxidativa?

Se de fato a atmosfera terrestre era oxidativa no momento da origem da vida, então o modelo de Stanley Miller usou a atmosfera errada para replicar a biopoese, deixando um espaço aberto para hipóteses mais viáveis, como a panspermia ou a vida se originando a partir de fontes hidrotermais no fundo de oceanos.

O fato é que este estudo acima reflete uma atmosfera primitiva, mas que não é a presente na origem da vida, e sim, uma atmosfera terrestre cerca de 1.3 bilhões de anos após a vida surgir, ou seja, a 2.7 bilhões de anos atrás quando os  primeiros seres fotossintetizantes (algas) começaram a borbulhar nos oceanos.

Até onde sabemos, em nosso sistema solar somos o único planeta habitável. Sabemos hoje que Marte tem água salgada, em estado líquido na superfície e, embora a sua atmosfera seja fina e frágil, a vida microbiana poderia se esconder dentro dos sedimentos, onde estariam protegidas da radiação solar.

Dados recentes da NASA, em especial, da Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) revelaram que a atmosfera do planeta vermelho era mantida no lugar por uma magnetosfera oscilante que foi arrancada por grandes tempestades solares. Agora, uma outra missão da NASA chamada de SOFIA  (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy ou Observatório estratosférico para a astronomia infravermelha) descobriu que ainda há vestígios de oxigênio atômico no envelope gasoso persistente que circunda o planeta vermelho. O oxigênio atômico foi detectado pela primeira vez na atmosfera de Marte há 40 anos pelas missões Viking e Mariner, mas não constatou mais nada desde então.”O oxigênio atômico na atmosfera de Marte é notoriamente difícil de medir. Para observar os comprimentos de onda do infravermelho distante os pesquisadores devem estar acima da maioria da atmosfera da Terra e utilizar instrumentos muito sensíveis, neste caso um espectrômetro.

A abundância de oxigênio atômico em picos atmosfera de Marte entre 70 e 120 km (44 a 75 milhas). Rezac et al./Astronomy & Astrophysics

A abundância de oxigênio atômico em picos atmosfera de Marte entre 70 e 120 km (44 a 75 milhas). Rezac et al./Astronomy & Astrophysics

Voando entre 11,3 e 13,7 quilômetros (37.000 e 45.000 pés) acima do solo, os detectores especializados puderam espiar o oxigênio atômico na mesosfera (alta atmosfera) de Marte, confirmando que não é uma detecção errada de oxigênio atmosférico. O resultado foi publicado na revista Astronomy and Astrophysics.

Os dados de SOFIA mostra que este oxigênio atômico está muito longe do valor molecular do  oxigênio respirável (O2) visto em um planeta coberto de fotossíntese, bactérias e plantas como a nossa. Sua descoberta não deixa de ser importante: é o elemento chave para controlar vários processos atmosféricos, incluindo o fluxo de energia e massa para dentro e para fora do planeta. Além disso, controla a quantidade de calor que é perdido a partir de dióxido de carbono de Marte.

Em última análise, o quão rápido sua presença for, influenciará a atmosfera e sua relação com o espaço, e que parece estar desaparecendo. Compreender o oxigênio atômico do segmento atmosférico marciano permitirá obter uma melhor compreensão de como tudo foi destruído ao longo dos últimos anos milhares de milhões de anos e trazer algum vislumbre sobre nossa atmosfera em uma abordagem comparativa. Algo ainda não está claro; onde esta se originando este oxigênio atômico, mas como é um elemento relativamente abundante no universo, sua descoberta não é inteiramente surpreendente. Certamente a atmosfera antiga de Marte continha muito mais oxigênio do que atualmente. Se foi produzida por reações químicas na atmosfera, ou por alguma vida primitiva na superfície ainda não se sabe (IFLScience, 2016).

O que se sabe é que cientistas da Rice University, Universidade de Yale e da Universidade de Tóquio estão oferecendo uma nova resposta para a pergunta de longa data de como nosso planeta adquirido sua atmosfera oxidativa. Novos modelos que buscam compreender a dinâmica da atmosfera primitiva muitas vezes desenham-se a partir de pesquisas em diversos campos paralelos, que pode ser desde a petrologia, geodinâmica, vulcanologia e geoquímica.

Um outro novo estudo sobre a atmosfera primitiva foi publicado na revista Nature Geoscience e sugere que o aumento de oxigênio na atmosfera da Terra era uma consequência inevitável da formação de continentes na presença de vida e de placas tectônicas.

De fato, a ideia defendida no artigo é bastante simples, mas exige uma compreensão básica. Plantas e certos tipos de bactérias produzem oxigênio como um subproduto da fotossíntese. Esta produção de oxigênio é equilibrada. A reação do oxigênio ocorre com ferro e enxofre na crosta terrestre e com o carbono orgânico por exemplo. Respiramos oxigênio e exalamos dióxido de carbono. Essencialmente, há uma remoção do oxigênio da atmosfera. Em resumo, a história de oxigênio em nossa atmosfera se resume a compreender as fontes de produção e sumidouros. Mas a narrativa de como se desenrolou tudo isto é mais complexa do que 3 bilhões de anos.

Cin-Ty Lee, co-autor do estudo, junto com Laurence e Adrian Yeung Lenardič, ambos da Rice university e da Yale Ryan McKenzie com a Universidade de Tóquio Yusuke Yokoyama baseiam seu modelo nesta perspectiva e sugerem como o oxigênio atmosférico foi adicionado a atmosfera da Terra em dois momentos principais: uma de cerca de 2 bilhões de anos atrás, e outro cerca de 600 milhões de anos atrás.

Hoje, cerca de 20,9% da atmosfera da Terra é composta por oxigênio molecular livre, o O2, ou seja, ele não está vinculado a outro elemento, como são os átomos de oxigênio em outros gases atmosféricos como o dióxido de carbono e dióxido de enxofre, em que estão associados. Para grande parte dos 4,5 bilhões de anos de história da Terra, o oxigênio livre na atmosfera era inexistente, embora o artigo acima traga uma nova perspectiva (mas trata do O2, restrito a partes altas da atmosfera como efeito do UV).

Para Lee, não estava faltando oxigênio porque ele é raro. O oxigênio é um dos elementos mais abundantes na planetas rochosos como a Terra, Marte e até Vênus. No entanto, é um dos elementos mais reativos. Ele forma ligações químicas fortes com muitos outros elementos, e, como resultado, tendem a permanecer trancado em óxidos que estão sempre sepultados nas entranhas do planeta, na forma de rochas. Neste sentido, a Terra não é uma exceção para os outros planetas, quase todo o oxigênio da Terra ainda permanece trancado em seu profundo interior rochoso.

Lee e seus colegas mostram apenas que a cerca de 2,5 bilhões de anos atrás, a composição da crosta continental da Terra mudou fundamentalmente. Para Lee, este período coincidiu com o primeiro aumento em oxigênio atmosférico e foi marcada pelo aparecimento de minerais abundantes de zircões.

A presença de zircões e a cristalização em rochas fundidas com composições especiais, e sua aparência significa uma mudança profunda, de uma pobreza de sílica para vulcanismos ricos em sílica. A relevância para a composição atmosférica é que rochas ricas em sílica têm muito menos ferro e enxofre do que rochas pobres em sílica, e o ferro e enxofre reagem com o oxigênio para formar uma fonte de oxigênio.

Com base nisso, é possível que o primeiro aumento em oxigênio pode ter sido devido a uma redução substancial na eficiência do dissipador de oxigênio. Isto é o equivalente a um sistema de drenagem.

O estudo ainda sugere que o segundo aumento do oxigênio atmosférico foi relacionado a uma mudança na produção do oxigênio ligado, em última instância, ao ciclo de carbono global  (ciclo do carbono entre a terra, a biosfera, a atmosfera e os oceanos). O modelo mostrou que o ciclo do carbono da Terra nunca ficou em um estado estável porque o carvão lentamente vazava em dióxido de carbono da Terra, do interior profundo para a superfície através da atividade vulcânica. O dióxido de carbono é um dos principais integrantes para a fotossíntese.
Em longos períodos geológicos, o carbono é removido da atmosfera pela produção de formas condensadas de carbono e carbono orgânico, como minerais chamados carbonato. Então, na maior parte da história da Terra, o carvão tem sido depositado não no fundo do oceano, mas sim nas margens dos continentes. As implicações são profundas porque o carvão depositado em continentes não retornaram ao interior profundo da Terra. Em vez disso, era amplificado em estruturas de carvão na atmosfera quando os continentes são perturbados por vulcanismo.

O modelo da equipe mostra que a atividade vulcânica e outros eventos geológicos envolvendo o carbono na atmosfera podem ter aumentado com o tempo e fixado uma produção de oxigênio para a produção de carvão, e a produção de oxigênio também acabou aumentando. Pelo modelo de Lee, o segundo aumento do oxigênio atmosférico (a 600 milhões de anos) teria mesmo de ocorrer na história da Terra.

A formação de continental naturalmente levou a dois aumentos de oxigênio atmosférico, assim como vemos no registro fóssil. Exatamente o que causou a mudança na composição da crosta . No primeiro evento a oxigenação permanece um mistério, mas pode estar relacionado com o aparecimento das placas tectônicas, onde a superfície da Terra, pela primeira vez, tornou-se móvel o suficiente para afundar de volta para baixo, no interior profundo da Terra.

a evolução continental. a) estimado evolução secular de pO2 atmosférica. O azul representa a gama de pO2 com base em vários indicadores paleo-redox e oxigênio 1. Oxygen subiu ~ 2,5-2,0 Ga (no GOE) e 0,7-0,5 Ga (no NOE). fotossíntese aeróbica ocorreu logo em 3,3 Ga. b) Histograma de concordantes idades U-Pb de nossa compilação mundial de zircões detríticos. c) Trilogia da história da Terra em termos de pO 2. Antes de 2,7 Ga, a Terra foi caracterizado por convecção estagnada-tampa e continentes foram basáltico. Em ~ 2,5 Ga, placas tectônicas e de subducção foram iniciadas, deslocando continental magmatismo de formação de crosta félsicas composições e diminuindo o fluxo de redutores derivados do manto através magmatismo. O reservatório de carbono em continentes se acumula, aumentando entradas de CO2 dos metamorfismo da crosta terrestre, levando assim a uma maior produção de O2.

A evolução continental. A) Estimativa da evolução secular de pO2 atmosférica. O azul representa a gama de pO2 com base em vários indicadores paleo-redox e oxigênio. Oxigênio subiu entre 2,5-2,0 bilhões de anos. A fotossíntese aeróbica ocorreu logo em 3,3 bilhões de anos. B) Histograma de concordância de idades por U-Pb e compilação mundial de zircões detríticos. C) Trilogia da história da Terra em termos de pO2. Antes de 2,7 bilhões de anos, a Terra foi caracterizado por convecção estagnada – continentes foram basálticos. Aproximadamente a 2,5 milhões de anos, placas tectônicas e de sub-ducção foram iniciadas, deslocando o magmatismo continental da formação de crostas félsicas e diminuindo o fluxo de derivados do manto através magmatismo. O reservatório de carbono em continentes se acumulou, aumentando as entradas de CO2 dos metamorfismo da crosta terrestre, levando assim a uma maior produção de O2.

O novo modelo da equipe também tem controvérsia, porque prevê que a produção de dióxido de carbono deve aumentar com o tempo, uma descoberta que vai contra o paradigma convencional de que fluxos de carbono e os níveis de dióxido de carbono atmosférico têm diminuído de forma constante ao longo dos últimos 4 bilhões de anos.

A mudança neste modelo quanto ao nosso fluxo acontece durante longos períodos de tempo e seria um erro pensar que estes processos que estão trazendo as mudanças atmosféricas estão ocorrendo devido às alterações climáticas antropomórfico. No entanto, tal modelo sugere que os cientistas e astrobiólogos podem precisar rever o que nós acreditávamos saber sobre a história inicial da atmosfera e história da Terra.

Victor Rossetti

Palavras chave: NetNature, Rossetti, Atmosfera primitiva, Atmosfera oxidativa, Oxigênio, Marte, Oxigênio, Carbono.

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