Cientistas do Centro de Astrobiologia de Nova Iorque do Instituto Politécnico Rensselaer usaram os minerais mais antigos da Terra para reconstruir as condições atmosféricas presentes na Terra muito pouco tempo após o seu nascimento. As descobertas, que aparecem na atual edição da Nature, são a primeira evidência direta de como era a antiga atmosfera do planeta logo após sua formação e desafiam diretamente anos de pesquisa sobre o tipo de atmosfera da qual surgiu a vida no planeta.
Os cientistas mostram que a atmosfera da Terra apenas 500 milhões de anos após sua criação não era um terreno baldio cheio de metano, como proposto anteriormente, mas sim muito mais próximo das condições da nossa atmosfera atual. As descobertas, em um artigo intitulado “O estado de oxidação dos magmas hadeanos e implicações para a atmosfera terrestre precoce”, têm implicações para a nossa compreensão de como e quando a vida começou neste planeta e poderia começar em outro lugar do universo.
Durante décadas, os cientistas acreditavam que a atmosfera do início da Terra era altamente reduzida, o que significava que o oxigênio era muito limitado. Tais condições pobres em oxigênio teriam resultado em uma atmosfera cheia de metano nocivo, monóxido de carbono, sulfeto de hidrogênio e amoníaco. Até hoje, ainda existem teorias e estudos amplamente realizados sobre como a vida na Terra pode ter sido construída a partir deste coquetel de atmosfera mortal.
Agora, os cientistas da Rensselaer estão virando estas suposições atmosféricas em suas cabeças com descobertas que provam que as condições na Terra primitiva simplesmente não foram conducentes à formação deste tipo de atmosfera, mas sim a uma atmosfera dominada pelos compostos mais ricos em oxigênio encontrados dentro de nossa atmosfera atual – incluindo água, dióxido de carbono e dióxido de enxofre.
“Agora podemos dizer com alguma certeza que muitos cientistas que estudam as origens da vida na Terra simplesmente escolheram a atmosfera errada”, disse Bruce Watson, Professor de Ciências do Instituto Rensselaer.
As descobertas baseiam-se na teoria amplamente difundida de que a atmosfera da Terra foi formada por gases liberados pela atividade vulcânica em sua superfície. Hoje, como nos primeiros dias da Terra, o magma que flui das profundezas da Terra contém gases dissolvidos. Quando esse magma se aproxima da superfície, esses gases são liberados no ar ao redor.
“A maioria dos cientistas argumentaria que essa emissão de gás do magma foi a principal entrada na atmosfera”, disse Watson. “Para entender a natureza da atmosfera ‘no início’, precisávamos determinar que espécies de gás estavam nos magmas que abasteciam a atmosfera”.
Quando o magma se aproxima da superfície da Terra, ou irrompe ou fica na crosta, onde interage com as rochas circundantes, esfria e cristaliza em rocha sólida. Estes magmas congelados e os elementos que eles contêm podem ser marcos literais na história da Terra.
Um marco importante é o zircônio. Ao contrário de outros materiais que são destruídos ao longo do tempo pela erosão e subducção, certos zircões são quase tão antigos quanto a própria Terra. Como tal, os zircões podem literalmente contar toda a história do planeta – se você souber as perguntas certas a fazer.
Os cientistas procuraram determinar os níveis de oxidação dos magmas que formaram estes antigos zircões para quantificar, pela primeira vez na história da Terra, como os gases foram oxidados no início da história da Terra. Entender o nível de oxidação poderia significar a diferença entre o gás desagradável do pântano e a mistura de vapor de água e dióxido de carbono a que estamos tão acostumados atualmente, de acordo com o autor principal do estudo Dustin Trail, pesquisador de pós-doutorado do Centro de Astrobiologia.
“Ao determinar o estado de oxidação dos magmas que criaram o zircônio, poderíamos então determinar os tipos de gases que eventualmente entrariam na atmosfera”, disse Trail.
Para fazer este Trail, Watson e seu colega, o pesquisador do pós-doutorado Nicholas Tailby, recriaram a formação de zircões no laboratório em diferentes níveis de oxidação. Eles literalmente criaram lava no laboratório. Este procedimento levou à criação de um medidor de oxidação que poderia então ser comparado com os zircões naturais.
Durante este processo eles procuraram concentrações de um raro metal terrestre chamado cerium nos zircões. O cério é um importante calibrador de oxidação porque pode ser encontrado em dois estados de oxidação, com um mais oxidado do que o outro. Quanto maiores as concentrações de cério do tipo mais oxidado em zircônio, mais oxidado a atmosfera provavelmente estava após a sua formação.
As calibrações revelam uma atmosfera com um estado de oxidação mais próximo das condições atuais. As descobertas fornecem um importante ponto de partida para futuras pesquisas sobre as origens da vida na Terra.
“Nosso planeta é o palco em que toda a vida tem se desenrolado”, disse Watson. “Não podemos sequer começar a falar sobre a vida na Terra até sabermos qual é esse estágio”. E as condições de oxigênio foram de vital importância por causa de como elas afetam os tipos de moléculas orgânicas que podem ser formadas”
Embora a atmosfera que a vida atualmente respira, vive e prospera, nossa atual atmosfera oxidada não é entendida atualmente como um grande ponto de partida para a vida. O metano e seus equivalentes pobres em oxigênio têm muito mais potencial biológico para saltar de compostos inorgânicos para aminoácidos e DNA que suportam a vida. Como tal, Watson pensa que a descoberta do seu grupo pode revigorar teorias de que talvez aqueles blocos de construção para a vida não foram criados na Terra, mas entregues de outros lugares na galáxia.
Os resultados, no entanto, não são contrários às teorias existentes sobre a jornada da vida de organismos anaeróbicos para organismos aeróbicos. Os resultados quantificam a natureza das moléculas de gás contendo carbono, hidrogênio e enxofre na atmosfera mais primitiva, mas eles não esclarecem o aumento muito posterior do oxigênio livre no ar. Ainda havia uma quantidade significativa de tempo para o oxigênio se acumular na atmosfera através de mecanismos biológicos, de acordo com Trail.