08/09/2022
Rochas de intemperismo contêm pistas para o Grande Evento de Oxidação da Terra
Cerca de 2,4 bilhões de anos atrás, a atmosfera da Terra passou pelo que é chamado de Grande Evento de Oxidação (GOE). Antes do GOE, a Terra primitiva tinha muito menos oxigênio molecular do que temos hoje. Após o GOE, o oxigênio molecular começou a aumentar em abundância, eventualmente tornando possível a vida como a nossa.
Durante décadas, os pesquisadores tentaram entender por que e como ocorreu o GOE.
Uma equipe de cientistas, liderada por James Andrew Leong com Tucker Ely, ambos com doutorado na Escola de Exploração da Terra e do Espaço da Universidade Estadual do Arizona (ASU) em 2020, e o professor da ASU Everett Shock, determinaram que as rochas de intemperismo pode ter contribuído para o GOE. Seus resultados foram publicados recentemente na Nature Communications .
O oxigênio molecular é produzido por plantas e micróbios fotossintéticos, mas o oxigênio molecular também é consumido por organismos e pela oxidação de ferro, enxofre, carbono e outros elementos nas rochas. O oxigênio molecular também pode ser consumido através da reação com gases reduzidos como o hidrogênio, que pode se formar durante o intemperismo das rochas .
Os cientistas que estudam a Terra primitiva levantam a hipótese de que o consumo de oxigênio foi talvez mais rápido do que a produção de oxigênio pela fotossíntese, de modo que o oxigênio não foi capaz de se acumular na atmosfera.
"É como quando suas contas excedem sua renda, o dinheiro não pode acumular em uma conta poupança. Esta parece ter sido a situação na Terra primitiva", disse o co-autor Shock, da Escola de Exploração da Terra e do Espaço da ASU e da Escola de Ciências Moleculares.
Para que o GOE ocorresse sob essa hipótese, o consumo de oxigênio teve que diminuir com o tempo, para que o oxigênio pudesse se acumular na atmosfera.
Dado isso, Leong e sua equipe decidiram determinar quais processos poderiam estar diminuindo o consumo de oxigênio na Terra primitiva para produzir um aumento de oxigênio.
“Sabemos que provavelmente não é o consumo biológico, que faz um trabalho decente de acompanhar a produção de oxigênio pela fotossíntese”, disse Shock. "Então pensamos que talvez a taxa de consumo de oxigênio pelo intemperismo das rochas estivesse criando essa mudança."
Para testar sua hipótese, Leong e sua equipe se concentraram no intemperismo de um tipo de rocha conhecida como "ultramáfica", uma rocha ígnea, rica em magnésio e ferro, com baixo teor de sílica.
As rochas ultramáficas compreendem a maior parte do manto superior da Terra, onde foram formadas em altas temperaturas. Quando essas rochas são trazidas à superfície e entram em contato com a água, os minerais sem água que compõem essas rochas se transformam em minerais contendo água. Esse processo é chamado de serpentinização, em homenagem ao principal mineral substituto, a serpentina. O processo também transforma a água subterrânea reagente em uma água altamente alcalina com elevado teor de gás; em particular, hidrogênio.
Eles foram inspirados a fazer isso por pesquisas que haviam realizado anteriormente em fluidos hiperalcalinos e ricos em gás encontrados nas montanhas ultramáficas da atual Omã, publicadas no Journal of Geophysical Research da AGU em 2021.
“Nossa pesquisa de campo anterior em Omã nos levou a imaginar como seria a superfície e a atmosfera da Terra primitiva quando o pH alto e os fluidos ricos em hidrogênio eram tão comuns quanto as águas subterrâneas e rios com pH quase neutro de hoje”, disse Leong. "Rochas ultramráficas como as encontradas em Omã são raras na superfície da Terra nos dias de hoje, mas eram abundantes durante a Terra primitiva mais quente."
Para sua análise, eles realizaram simulações de computador, com base em um código de computador que o co-autor Ely desenvolveu, para prever os potenciais de geração de hidrogênio de milhares de composições de rochas que eram comuns durante o início da Terra. A partir daí, eles poderiam traçar conexões entre as composições das rochas e seus potenciais para gerar hidrogênio e consumir oxigênio.
Com essas simulações, a equipe conseguiu reconstruir as taxas globais de produção de hidrogênio e consumo de oxigênio por meio de serpentinização durante o início da Terra e determinar que o intemperismo de rochas ultramáficas poderia ter ajudado a facilitar o GOE.
“Conseguimos modelar a alteração de milhares de composições de rochas que provavelmente estarão presentes na Terra primitiva”, disse Leong. "Nossos cálculos mostram que muitas dessas rochas, especialmente aquelas que são realmente ultramáficas em composição ou ricas em magnésio, como as encontradas em Omã hoje, têm potencial muito alto para gerar gás hidrogênio e ajudar a evitar o acúmulo de oxigênio. O declínio na abundância de rochas ultramáficas na superfície da Terra no final do éon Arqueano poderia ter ajudado a facilitar o Grande Evento de Oxidação."
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