O oxigênio se acumulou pela primeira vez na atmosfera da Terra há cerca de 2,4 bilhões de anos, durante o Grande Evento de Oxidação. Um quebra-cabeça de longa data é que as pistas geológicas sugerem que as primeiras bactérias estavam fotossintetizando e bombeando oxigênio centenas de milhões de anos antes disso. Para onde tudo estava indo?

Algo estava impedindo o aumento do oxigênio. Uma nova interpretação de rochas com bilhões de anos mostra que gases vulcânicos são os prováveis ​​culpados. O estudo liderado pela Universidade de Washington foi publicado em junho na revista de acesso aberto Nature Communications .

"Este estudo revive uma hipótese clássica para a evolução do oxigênio atmosférico, "disse o autor principal Shintaro Kadoya, um pesquisador de pós-doutorado UW em ciências da Terra e espaciais. "Os dados demonstram que uma evolução do manto da Terra poderia controlar uma evolução da atmosfera da Terra, e possivelmente uma evolução da vida. "

A vida multicelular precisa de um suprimento concentrado de oxigênio, portanto, o acúmulo de oxigênio é a chave para a evolução da vida que respira oxigênio na Terra.

"Se mudanças no manto controlassem o oxigênio atmosférico, como este estudo sugere, o manto pode definir o ritmo da evolução da vida, "Kadoya disse.

O novo trabalho baseia-se em um artigo de 2019 que revelou que o manto da Terra primitiva era muito menos oxidado, ou continha mais substâncias que podem reagir com o oxigênio, do que o manto moderno. Esse estudo de antigas rochas vulcânicas, até 3,55 bilhões de anos, foram coletados em sites que incluíam a África do Sul e o Canadá.

Robert Nicklas, do Scripps Institution of Oceanography, Igor Puchtel da Universidade de Maryland, e Ariel Anbar, da Arizona State University, estão entre os autores do estudo de 2019. Eles também são co-autores do novo artigo, olhando como as mudanças no manto influenciaram os gases vulcânicos que escaparam para a superfície.

The Archean Eon, quando apenas a vida microbiana estava espalhada na Terra, era mais vulcanicamente ativo do que hoje. As erupções vulcânicas são alimentadas por magma - uma mistura de rocha derretida e semifundida - bem como gases que escapam mesmo quando o vulcão não está em erupção.

Alguns desses gases reagem com o oxigênio, ou oxidar, para formar outros compostos. Isso acontece porque o oxigênio tende a ter fome de elétrons, assim, qualquer átomo com um ou dois elétrons frouxamente retidos reage com ele. Por exemplo, o hidrogênio liberado por um vulcão se combina com qualquer oxigênio livre, removendo esse oxigênio da atmosfera.

A composição química do manto da Terra, ou camada mais suave de rocha abaixo da crosta terrestre, em última análise, controla os tipos de rocha derretida e gases provenientes dos vulcões. Um manto inicial menos oxidado produziria mais gases como o hidrogênio, que se combinam com o oxigênio livre. O artigo de 2019 mostra que o manto tornou-se gradualmente mais oxidado de 3,5 bilhões de anos atrás até hoje.

O novo estudo combina esses dados com evidências de rochas sedimentares antigas para mostrar um ponto de inflexão em algum momento após 2,5 bilhões de anos atrás, quando o oxigênio produzido por micróbios superou sua perda para gases vulcânicos e começou a se acumular na atmosfera.

"Basicamente, o fornecimento de gases vulcânicos oxidáveis ​​foi capaz de devorar oxigênio fotossintético por centenas de milhões de anos após a evolução da fotossíntese, "disse o co-autor David Catling, um professor de ciências terrestres e espaciais da UW. "Mas à medida que o próprio manto se tornou mais oxidado, menos gases vulcânicos oxidáveis ​​foram liberados. Então o oxigênio inundou o ar quando não havia mais gás vulcânico suficiente para limpar tudo. "

Isso tem implicações para a compreensão do surgimento de vida complexa na Terra e a possibilidade de vida em outros planetas.

“O estudo indica que não podemos excluir o manto de um planeta quando consideramos a evolução da superfície e da vida do planeta, "Kadoya disse.