Um novo estudo sugere que o resfriamento rápido dentro do manto da Terra por meio de placas tectônicas desempenhou um papel importante no desenvolvimento das primeiras formas de vida, o que por sua vez levou à oxigenação da atmosfera terrestre. O estudo foi publicado na edição de março de 2018 da Cartas da Terra e da Ciência Planetária .

Cientistas da Universidade de Adelaide e da Curtin University, na Austrália, e a Universidade da Califórnia em Riverside, Califórnia, EUA, coletou e analisou dados sobre rochas ígneas de repositórios de dados geológicos e geoquímicos na Austrália, Canadá, Nova Zelândia, Suécia e Estados Unidos. Eles descobriram que durante os 4,5 bilhões de anos de desenvolvimento da Terra, rochas ricas em fósforo acumuladas na crosta terrestre. Eles então examinaram a relação desse acúmulo com o do oxigênio na atmosfera.

O fósforo é essencial para a vida como a conhecemos. Fosfatos, que são compostos contendo fósforo e oxigênio, fazem parte da estrutura do DNA e do RNA, bem como das membranas das células, e ajudam a controlar o crescimento e a função das células.

Para descobrir como o nível de fósforo na crosta terrestre aumentou ao longo do tempo, os cientistas estudaram como a rocha se formou à medida que o manto da Terra esfriava. Eles realizaram modelagem para descobrir como as rochas derivadas do manto mudaram de composição como consequência do resfriamento de longo prazo do manto.

Seus resultados sugerem que durante o início, período mais quente na história da Terra - o período arqueano entre quatro e 2,5 bilhões de anos atrás - havia uma quantidade maior de manto derretido. O fósforo estaria muito diluído nessas rochas. Contudo, hora extra, a Terra resfriou o suficiente, auxiliado pelo aparecimento de placas tectônicas, em que a crosta externa mais fria do planeta é subduzida de volta ao manto quente. Com este resfriamento, o derretimento parcial do manto tornou-se menor.

Como Dr. Grant Cox, cientista da Terra da Universidade de Adelaide e co-autor do estudo, explica, o resultado é que "o fósforo será concentrado em pequenas percentagens de fundidos, então conforme o manto esfria, a quantidade de fusão extraída é menor, mas essa fusão terá maiores concentrações de fósforo. "

Papel do fósforo na oxidação da Terra

O fósforo foi concentrado e cristalizado em um mineral chamado apatita, que se tornou parte das rochas ígneas que foram criadas a partir do manto resfriado. Eventualmente, essas rochas atingiram a superfície da Terra e formaram uma grande parte da crosta. Quando os minerais de fósforo derivados da crosta se misturam com a água dos lagos, rios e oceanos, apatita se decompôs em fosfatos, que se tornou disponível para o desenvolvimento e nutrição da vida primitiva.

Os cientistas estimaram a mistura de elementos da crosta terrestre com a água do mar ao longo do tempo. Eles descobriram que níveis mais elevados de elementos bio-essenciais são paralelos aos maiores aumentos na oxigenação da atmosfera terrestre:o Grande Evento de Oxidação (GOE) há 2,4 bilhões de anos, e o Evento Neoproterozóico do Oxigênio, 800 milhões de anos atrás, depois disso, os níveis de oxigênio eram considerados altos o suficiente para suportar a vida multicelular.

Mesmo antes do GOE, de aproximadamente 3,5 a 2,5 bilhões de anos atrás, algumas das primeiras formas de vida possivelmente geraram oxigênio por meio da fotossíntese. Contudo, durante esse tempo, a maior parte desse oxigênio reagiu com ferro e enxofre nas rochas ígneas. Para entender como essas reações afetaram os níveis de oxigênio na atmosfera ao longo de um período de quatro bilhões de anos, os cientistas mediram as quantidades de enxofre e ferro nas rochas ígneas, e descobri quanto oxigênio havia reagido. Eles compararam todos esses eventos com mudanças nos níveis de oxigênio atmosférico. Os cientistas descobriram que as diminuições de enxofre e ferro, juntamente com aumentos de fósforo, são paralelas ao Grande Evento de Oxidação e ao Evento Neoproterozóico do Oxigênio.

Uma explosão de vida

Todos esses eventos suportam um cenário em que o resfriamento do manto terrestre levou ao aumento de rochas ricas em fósforo na crosta terrestre. Essas rochas então se misturaram com os oceanos, onde minerais contendo fósforo se quebraram e lixiviaram para a água. Uma vez que os níveis de fósforo na água do mar estavam altos o suficiente, formas de vida primitivas prosperaram e seu número aumentou, para que pudessem gerar oxigênio suficiente para que a maior parte atingisse a atmosfera. O oxigênio atingiu níveis suficientes para suportar a vida multicelular.

Dr. Peter Cawood, um geólogo da Monash University em Melbourne, Austrália, comentários para Astrobiology Magazinethat, "é intrigante pensar que o [oxigênio] do qual dependemos para viver deve sua origem final às diminuições seculares na temperatura do manto, que se pensa ter diminuído de cerca de 1, 550 graus Celsius cerca de três bilhões de anos atrás para cerca de 1, 350 graus Celsius hoje. "

Poderia um cenário semelhante estar ocorrendo em uma possível exo-Terra? Com as descobertas do Kepler de um número crescente de planetas possivelmente semelhantes à Terra, qualquer um desses poderia sustentar a vida? Cawood sugere que a descoberta é potencialmente significativa para o desenvolvimento da vida aeróbia (ou seja, vida que evolui em um ambiente rico em oxigênio) em exoplanetas. "Isso desde que [o fósforo] dentro das rochas ígneas na superfície do planeta esteja passando por intemperismo para garantir sua biodisponibilidade, "diz Cawood." Significativamente, o conteúdo de fósforo das rochas ígneas é mais alto nas rochas com baixo teor de sílica [rochas formadas por resfriamento rápido] e as rochas dessa composição dominam as crostas de Vênus e Marte e provavelmente também nos exoplanetas. "

Cox conclui dizendo que, "Esta relação [entre o aumento dos níveis de oxigênio e o resfriamento do manto] tem implicações para qualquer planeta terrestre. Todos os planetas esfriarão, e aqueles com convecção tectônica de placas eficiente esfriarão mais rapidamente. Concluímos que a velocidade desse resfriamento pode afetar a taxa e o padrão da evolução biológica em qualquer planeta potencialmente habitável. "

Esta história foi republicada como cortesia da Revista Astrobiologia da NASA. Explore a Terra e muito mais em www.astrobio.net.