p Um tem uma atmosfera densa e venenosa, quase ninguém tem atmosfera, e um é o ideal para a vida florescer - mas nem sempre foi assim. As atmosferas de nossos vizinhos Vênus e Marte podem nos ensinar muito sobre os cenários passados ​​e futuros de nosso próprio planeta. p Retroceda 4,6 bilhões de anos desde os dias atuais até o pátio de construção planetária, e vemos que todos os planetas compartilham uma história comum:eles nasceram da mesma nuvem rodopiante de gás e poeira, com o Sol recém-nascido aceso no centro. Devagar mas seguro, com a ajuda da gravidade, poeira acumulada em pedregulhos, eventualmente, tornando-se uma bola de neve em entidades do tamanho de planetas.

p O material rochoso pode suportar o calor mais próximo do Sol, enquanto gasoso, material gelado só poderia sobreviver mais longe, dando origem aos planetas terrestres mais internos e aos gigantes de gás e gelo externos, respectivamente. As sobras formaram asteróides e cometas.

p As atmosferas dos planetas rochosos foram formadas como parte de um processo de construção muito energético, principalmente pela liberação de gases enquanto eles esfriavam, com algumas pequenas contribuições de erupções vulcânicas e pequena distribuição de água, gases e outros ingredientes por cometas e asteróides. Com o tempo, as atmosferas sofreram uma forte evolução, graças a uma intrincada combinação de fatores que, em última instância, levaram ao estado atual, com a Terra sendo o único planeta conhecido a suportar vida, e o único com água líquida em sua superfície hoje.

p Sabemos de missões espaciais como Venus Express da ESA, que observou Vênus em órbita entre 2006 e 2014, e Mars Express, investigando o Planeta Vermelho desde 2003, que a água líquida uma vez fluiu em nossos planetas irmãos, também. Embora a água em Vênus há muito tenha fervido, em Marte, está enterrado no subsolo ou encerrado em calotas polares. Intimamente ligado à história da água - e, em última análise, à grande questão de saber se a vida poderia ter surgido além da Terra - está o estado da atmosfera de um planeta. E conectado a isso, a interação e troca de material entre a atmosfera, oceanos e o interior rochoso do planeta.

p Reciclagem planetária

p De volta aos nossos planetas recém-formados, de uma bola de rocha derretida com um manto em torno de um núcleo denso, eles afirmaram esfriar. Terra, Vênus e Marte experimentaram atividade de liberação de gases nestes primeiros dias, que formou o primeiro jovem, atmosferas quentes e densas. Como essas atmosferas também esfriaram, os primeiros oceanos choveram dos céus.

p Em algum momento, no entanto, as características da atividade geológica dos três planetas divergiram. A tampa sólida da Terra se partiu em placas, em alguns lugares, mergulhando abaixo de outra placa em zonas de subducção, e em outros lugares colidindo para criar vastas cadeias de montanhas ou se separando para criar fendas gigantes ou uma nova crosta. As placas tectônicas da Terra ainda estão se movendo hoje, dando origem a erupções vulcânicas ou terremotos em seus limites.

p Vênus, que é apenas um pouco menor que a Terra, ainda pode ter atividade vulcânica hoje, e sua superfície parece ter ressurgido com lavas há apenas meio bilhão de anos. Hoje, não há um sistema de placas tectônicas discernível; seus vulcões provavelmente foram alimentados por plumas térmicas subindo pelo manto - criadas em um processo que pode ser comparado a uma "lâmpada de lava", mas em escala gigantesca.

p Marte, sendo muito menor, esfriou mais rapidamente do que a Terra e Vênus, e quando seus vulcões se extinguiram, ele perdeu um meio-chave de reabastecer sua atmosfera. Mas ainda possui o maior vulcão de todo o Sistema Solar, o Olympus Mons com 25 quilômetros de altura, provavelmente também o resultado da construção vertical contínua da crosta a partir de plumas subindo de baixo. Embora haja evidências de atividade tectônica nos últimos 10 milhões de anos, e até mesmo o marsquake ocasional nos tempos atuais, não se acredita que o planeta tenha um sistema tectônico semelhante ao da Terra.

p Não são apenas as placas tectônicas globais que tornam a Terra especial, mas a combinação única com oceanos. Hoje nossos oceanos, que cobrem cerca de dois terços da superfície da Terra, absorvem e armazenam muito do calor do nosso planeta, transportando-o ao longo de correntes ao redor do globo. À medida que uma placa tectônica é arrastada para o manto, ele aquece e libera água e gases presos nas rochas, que por sua vez se infiltram através de fontes hidrotermais no fundo do oceano.

p Formas de vida extremamente resistentes foram encontradas em tais ambientes no fundo dos oceanos da Terra, fornecendo pistas sobre como a vida precoce pode ter começado, e dando aos cientistas dicas sobre onde procurar em outro lugar no Sistema Solar:a lua de Júpiter, Europa, ou a lua gelada de Saturno, Enceladus, por exemplo, que escondem oceanos de água líquida sob suas crostas geladas, com evidências de missões espaciais como a Cassini, sugerindo que a atividade hidrotérmica pode estar presente.

p Além disso, as placas tectônicas ajudam a modular nossa atmosfera, regulando a quantidade de dióxido de carbono em nosso planeta ao longo de longas escalas de tempo. Quando o dióxido de carbono atmosférico se combina com a água, ácido carbônico é formado, que por sua vez dissolve rochas. A chuva traz o ácido carbônico e o cálcio para os oceanos - o dióxido de carbono também é dissolvido diretamente nos oceanos - onde é reciclado de volta ao fundo do oceano. Por quase metade da história da Terra, a atmosfera continha muito pouco oxigênio. As cinobactérias oceânicas foram as primeiras a usar a energia do Sol para converter dióxido de carbono em oxigênio, um ponto de inflexão no fornecimento de uma atmosfera que, muito mais adiante, permitiu o florescimento de uma vida complexa. Sem a reciclagem planetária e a regulação entre o manto, oceanos e atmosfera, A Terra pode ter acabado mais como Vênus.

p Efeito estufa extremo

p Vênus é às vezes referido como o gêmeo do mal da Terra por ser quase do mesmo tamanho, mas atormentado por uma espessa atmosfera nociva e uma superfície sufocante de 470ºC. Sua alta pressão e temperatura são quentes o suficiente para derreter o chumbo - e destruir a espaçonave que ousar pousar nele. Graças à sua atmosfera densa, é ainda mais quente que o planeta Mercúrio, que orbita mais perto do sol. Seu desvio dramático de um ambiente semelhante ao da Terra é freqüentemente usado como um exemplo do que acontece em um efeito estufa descontrolado.

p A principal fonte de calor do Sistema Solar é a energia do Sol, que aquece a superfície de um planeta, e então o planeta irradia energia de volta para o espaço. Uma atmosfera aprisiona parte da energia de saída, retenção de calor - o chamado efeito estufa. É um fenômeno natural que ajuda a regular a temperatura do planeta. Se não fosse pelos gases de efeito estufa, como o vapor de água, dióxido de carbono, metano e ozônio, A temperatura da superfície da Terra seria cerca de 30 graus mais fria do que sua média atual de + 15ºC.

p Nos últimos séculos, os humanos alteraram este equilíbrio natural na Terra, fortalecimento do efeito estufa desde o início da atividade industrial, contribuindo com dióxido de carbono adicional junto com óxidos de nitrogênio, sulfatos e outros gases residuais e partículas de poeira e fumaça no ar. Os efeitos de longo prazo em nosso planeta incluem o aquecimento global, chuva ácida e o empobrecimento da camada de ozônio. As consequências do aquecimento do clima são de longo alcance, potencialmente afetando os recursos de água doce, produção global de alimentos e nível do mar, e desencadeando um aumento nos eventos climáticos extremos.

p Não há atividade humana em Vênus, mas estudar sua atmosfera fornece um laboratório natural para entender melhor um efeito estufa descontrolado. Em algum momento de sua história, Vênus começou a reter muito calor. Antigamente, pensava-se que hospedava oceanos como a Terra, mas o calor adicionado transformou a água em vapor, e, por sua vez, o vapor de água adicional na atmosfera retinha mais e mais calor até que oceanos inteiros evaporassem completamente. Venus Express até mostrou que o vapor de água ainda está escapando da atmosfera de Vênus e para o espaço hoje.

p Venus Express também descobriu uma misteriosa camada de dióxido de enxofre de alta altitude na atmosfera do planeta. O dióxido de enxofre é esperado da emissão de vulcões - ao longo da duração da missão, o Venus Express registrou grandes mudanças no conteúdo de dióxido de enxofre da atmosfera. Isso leva a nuvens e gotículas de ácido sulfúrico em altitudes de cerca de 50-70 km - qualquer dióxido de enxofre remanescente deve ser destruído pela intensa radiação solar. Por isso, foi uma surpresa para a Venus Express descobrir uma camada do gás a cerca de 100 km. Foi determinado que as gotículas de ácido sulfúrico evaporadas liberam ácido sulfúrico gasoso que é então quebrado pela luz solar, liberando o gás dióxido de enxofre.

p A observação acrescenta à discussão o que pode acontecer se grandes quantidades de dióxido de enxofre forem injetadas na atmosfera da Terra - uma proposta feita para mitigar os efeitos das mudanças climáticas na Terra. O conceito foi demonstrado a partir da erupção vulcânica do Monte Pinatubo em 1991, nas Filipinas, quando o dióxido de enxofre ejetado da erupção criou pequenas gotas de ácido sulfúrico concentrado - como as encontradas nas nuvens de Vênus - a cerca de 20 km de altitude. Isso gerou uma camada de névoa e resfriou nosso planeta globalmente em cerca de 0,5ºC por vários anos. Como essa névoa reflete o calor, foi proposto que uma maneira de reduzir as temperaturas globais seria injetar artificialmente grandes quantidades de dióxido de enxofre em nossa atmosfera. Contudo, os efeitos naturais do Monte Pinatubo ofereciam apenas um efeito de resfriamento temporário. O estudo da enorme camada de gotículas de nuvem de ácido sulfúrico em Vênus oferece uma maneira natural de estudar os efeitos de longo prazo; uma névoa inicialmente protetora em altitudes mais elevadas seria eventualmente convertida de volta em ácido sulfúrico gasoso, que é transparente e permite a passagem de todos os raios do sol. Sem mencionar o efeito colateral da chuva ácida, que na Terra pode causar efeitos nocivos nos solos, vida vegetal e água.

p Congelamento global

p Nosso outro vizinho, Marte, encontra-se em outro extremo:embora sua atmosfera também seja predominantemente dióxido de carbono, hoje quase não tem nada, com um volume atmosférico total inferior a 1% do da Terra.

p A atmosfera existente de Marte é tão fina que, embora o dióxido de carbono se condense em nuvens, não consegue reter energia suficiente do Sol para manter a água da superfície - vaporiza instantaneamente na superfície. Mas com sua baixa pressão e temperaturas relativamente amenas de -55ºC (variando de -133ºC no pólo de inverno a + 27ºC durante o verão), espaçonaves não derretem em sua superfície, permitindo-nos um maior acesso para descobrir seus segredos. Além disso, graças à falta de reciclagem de placas tectônicas no planeta, rochas de quatro bilhões de anos são diretamente acessíveis aos nossos landers e rovers que exploram sua superfície. Enquanto isso, nossos orbitadores, incluindo Mars Express, que tem pesquisado o planeta por mais de 15 anos, estão constantemente encontrando evidências de suas águas antes fluindo, oceanos e lagos, dando uma esperança tentadora de que um dia poderia ter sustentado a vida.

p O Planeta Vermelho também teria começado com uma atmosfera mais densa graças ao fornecimento de voláteis de asteróides e cometas, e liberação de gases vulcânicos do planeta conforme seu interior rochoso esfriava. Ele simplesmente não conseguia manter sua atmosfera, muito provavelmente por causa de sua massa menor e gravidade mais baixa. Além disso, sua temperatura inicial mais alta teria dado mais energia às moléculas de gás na atmosfera, permitindo-lhes escapar mais facilmente. E, tendo também perdido seu campo magnético global no início de sua história, a atmosfera restante foi posteriormente exposta ao vento solar - um fluxo contínuo de partículas carregadas do Sol - que, assim como em Vênus, continua a despojar a atmosfera até hoje.

p Com uma atmosfera reduzida, a água da superfície moveu-se para o subsolo, liberado como vastas inundações repentinas apenas quando os impactos aqueceram o solo e liberaram a água e o gelo subterrâneos. Também está preso nas calotas polares. A Mars Express também detectou recentemente uma piscina de água líquida enterrada a dois quilômetros da superfície. A evidência de vida também poderia estar no subsolo? Esta questão está no cerne do rover ExoMars da Europa, com lançamento previsto para 2020 e aterrissagem em 2021 para perfurar até dois metros abaixo da superfície para recuperar e analisar amostras em busca de biomarcadores.

p Acredita-se que Marte esteja saindo de uma era do gelo. Como a Terra, Marte é sensível a mudanças em fatores como a inclinação de seu eixo de rotação ao orbitar o Sol; acredita-se que a estabilidade da água na superfície variou ao longo de milhares a milhões de anos, conforme a inclinação axial do planeta e sua distância do Sol sofrem mudanças cíclicas. O ExoMars Trace Gas Orbiter, atualmente investigando o planeta vermelho em órbita, detectou recentemente material hidratado em regiões equatoriais que poderiam representar antigas localizações de pólos do planeta no passado.

p A missão principal do Trace Gas Orbiter é realizar um inventário preciso da atmosfera do planeta, em particular, os gases traço, que constituem menos de 1% do volume total da atmosfera do planeta. De particular interesse é o metano, que na Terra é produzida em grande parte pela atividade biológica, e também por processos naturais e geológicos. Sugestões de metano foram relatadas anteriormente pela Mars Express, e mais tarde pelo rover Curiosity da NASA na superfície do planeta, mas os instrumentos altamente sensíveis do Trace Gas Orbiter relataram até agora uma ausência geral do gás, aprofundando o mistério. Para corroborar os diferentes resultados, os cientistas não estão apenas investigando como o metano pode ser criado, mas também como pode ser destruído perto da superfície. Nem todas as formas de vida geram metano, Contudo, e o rover com sua perfuratriz subterrânea será capaz de nos dizer mais. Certamente, a exploração contínua do Planeta Vermelho nos ajudará a entender como e por que o potencial de habitabilidade de Marte mudou ao longo do tempo.

p Explorando mais longe

p Apesar de começar com os mesmos ingredientes, Os vizinhos da Terra sofreram catástrofes climáticas devastadoras e não puderam manter sua água por muito tempo. Vênus ficou muito quente e Marte muito frio; apenas a Terra se tornou o planeta 'Cachinhos Dourados' com as condições ideais. Chegamos perto de nos tornar semelhantes a Marte em uma era glacial anterior? Quão perto estamos do efeito estufa descontrolado que assola Vênus? Compreender a evolução desses planetas e o papel de suas atmosferas é extremamente importante para compreender as mudanças climáticas em nosso próprio planeta, pois, em última análise, as mesmas leis da física governam a todos. Os dados retornados de nossa espaçonave em órbita fornecem lembretes naturais de que a estabilidade climática não é algo a ser dado como certo.

p Em todo o caso, a muito longo prazo - bilhões de anos no futuro - uma estufa da Terra é um resultado inevitável nas mãos do envelhecimento do Sol. Nossa estrela que já deu vida irá eventualmente inchar e brilhar, injetar calor suficiente no delicado sistema da Terra para ferver nossos oceanos, enviando-o pelo mesmo caminho que seu gêmeo do mal.