Esta figura da pesquisa mostra como a abundância dos principais gases na atmosfera da Terra mudou ao longo do tempo devido a vários fatores. Crédito:Stüeken et al. 2024 A Terra é o único planeta que suporta vida que conhecemos, por isso é tentador usá-la como padrão na busca de vida em outros lugares. Mas a Terra moderna não pode servir de base para avaliar os exoplanetas e o seu potencial para sustentar vida. A atmosfera da Terra mudou radicalmente ao longo dos seus 4,5 mil milhões de anos.
Uma maneira melhor é determinar quais biomarcadores estavam presentes na atmosfera da Terra em diferentes estágios de sua evolução e julgar outros planetas com base nisso.
Foi o que fez um grupo de pesquisadores do Reino Unido e dos EUA. A pesquisa deles é intitulada "A Terra primitiva como um análogo da biogeoquímica exoplanetária" e aparece no servidor de pré-impressão arXiv . A autora principal é Eva E. Stüeken, Ph.D. estudante da Escola de Ciências da Terra e Ambientais da Universidade de St Andrews, Reino Unido.
Quando a Terra se formou, há cerca de 4,5 mil milhões de anos, a sua atmosfera não era nada como é hoje. Naquela época, a atmosfera e os oceanos eram anóxicos. Há cerca de 2,4 mil milhões de anos, o oxigénio livre começou a acumular-se na atmosfera durante o Grande Evento de Oxigenação, um dos períodos definidores da história da Terra. Mas o oxigénio veio da própria vida, o que significa que a vida estava presente quando a atmosfera da Terra era muito diferente.
Este não é o único exemplo de como a atmosfera da Terra mudou ao longo do tempo geológico. Mas é instrutivo e mostra por que procurar vida significa mais do que apenas procurar uma atmosfera como a da Terra moderna. Se fosse assim que conduzíssemos a busca, perderíamos mundos onde a fotossíntese ainda não havia aparecido.
Na sua investigação, os autores apontam como a Terra acolheu uma população rica e em evolução de micróbios sob diferentes condições atmosféricas durante milhares de milhões de anos.
“Durante a maior parte deste tempo, a Terra foi habitada por uma biosfera puramente microbiana, embora com uma complexidade aparentemente crescente ao longo do tempo”, escrevem os autores. “Um rico registro desta evolução geobiológica ao longo da maior parte da história da Terra fornece, portanto, insights sobre a detectabilidade remota da vida microbiana sob uma variedade de condições planetárias”.
Não foi apenas a vida que mudou com o tempo. As placas tectônicas mudaram e podem ter sido tectônicas de “tampa estagnada” por muito tempo. Na tectônica de tampa estagnada, as placas não se movem horizontalmente. Isso pode ter consequências para a química atmosférica.
A história da Terra está escrita em reações químicas. Este número da pesquisa mostra a porcentagem de fracionamento de isótopos de enxofre em sedimentos. A assinatura de enxofre desapareceu após o GOE porque o oxigênio na atmosfera formou um escudo de ozônio. Isso bloqueou a radiação UV, o que interrompeu a fotólise do dióxido de enxofre. “Planetas anóxicos onde O2 a produção nunca ocorre são mais propensas a se assemelhar à Terra primitiva antes do GOE”, explicam os autores. Crédito:Stüeken et al. 2024.
O ponto principal é que a atmosfera da Terra não reflete a nebulosa solar em que o planeta se formou. Vários processos interligados mudaram a atmosfera ao longo do tempo. A busca pela vida envolve não apenas uma melhor compreensão desses processos, mas também como identificar em que estágio os exoplanetas podem estar.
É axiomático que os processos biológicos podem ter um efeito dramático nas atmosferas planetárias. “Na Terra moderna, a composição atmosférica é fortemente controlada pela vida”, escrevem os pesquisadores. "No entanto, qualquer potencial bioassinatura atmosférica deve ser desembaraçada de um pano de fundo de processos abióticos (geológicos e astrofísicos) que também contribuem para as atmosferas planetárias e dominariam mundos sem vida e planetas com uma biosfera muito pequena."
Os autores descrevem o que consideram ser as lições mais importantes que a Terra primitiva pode nos ensinar sobre a busca pela vida.
A primeira é que a Terra teve, na verdade, três atmosferas diferentes ao longo de sua longa história. O primeiro veio da nebulosa solar e foi perdido logo após a formação do planeta. Essa é a atmosfera primária. O segundo formou-se a partir da liberação de gases do interior do planeta.
A terceira, a atmosfera moderna da Terra, é complexa. É um ato de equilíbrio que envolve vida, placas tectônicas, vulcanismo e até fuga atmosférica. Uma melhor compreensão de como a atmosfera da Terra mudou ao longo do tempo dá aos investigadores uma melhor compreensão do que vêem nas atmosferas dos exoplanetas.
A segunda é que quanto mais olhamos para trás no tempo, mais o registo rochoso do início da vida na Terra é alterado ou destruído. As nossas melhores evidências sugerem que a vida já existia há 3,5 mil milhões de anos, talvez até há 3,7 mil milhões de anos. Se for esse o caso, a primeira vida pode ter existido num mundo coberto por oceanos, sem massas continentais e apenas ilhas vulcânicas.
Se tivesse havido atividade vulcânica e geológica abundante entre 3,5 e 3,7 bilhões de anos atrás, teria havido grandes fluxos de CO2 e H2 . Uma vez que estes são substratos para a metanogênese, então o metano pode ter sido abundante na atmosfera e detectável.
A terceira lição que os autores descrevem é que um planeta pode acolher vida produtora de oxigénio durante muito tempo antes de o oxigénio poder ser detectado numa atmosfera. Os cientistas pensam que a fotossíntese oxigenada apareceu na Terra em meados do éon Arqueano. O Arqueano durou de 4 bilhões a 2,5 bilhões de anos atrás, então o Arqueano Médio ocorreu há cerca de 3,25 bilhões de anos atrás. Mas o oxigénio não conseguiu acumular-se na atmosfera até ao Grande Evento de Oxigenação, há cerca de 2,4 mil milhões de anos.
O oxigênio é um biomarcador poderoso e, se for encontrado na atmosfera de um exoplaneta, seria motivo de excitação. Mas a vida na Terra já existia há muito tempo antes que o oxigênio atmosférico fosse detectável.
O JWST ganhou as manchetes por examinar atmosferas de exoplanetas e identificar produtos químicos. Um espectro de transmissão do exoplaneta gigante de gás quente WASP-39 b, capturado pelo espectrógrafo de infravermelho próximo de Webb (NIRSpec) em 10 de julho de 2022, revelou a primeira evidência definitiva de dióxido de carbono na atmosfera de um planeta fora do sistema solar. Crédito:NASA, ESA, CSA e L. Hustak (STScI). Ciência:Equipe científica de lançamento antecipado da comunidade de exoplanetas em trânsito do JWST
A quarta lição envolve o aparecimento das placas tectônicas horizontais e seu efeito na química. “A partir do GOE, a Terra parecia tectonicamente semelhante a hoje”, escrevem os autores. Os oceanos provavelmente foram estratificados em uma camada anóxica e uma camada superficial oxigenada. No entanto, a atividade hidrotérmica introduziu constantemente ferro ferroso nos oceanos. Isso aumentou os níveis de sulfato na água do mar, o que reduziu o metano na atmosfera. Sem esse metano, a biosfera da Terra teria sido muito menos detectável.
“O planeta Terra evoluiu ao longo dos últimos 4,5 mil milhões de anos, de um planeta totalmente anóxico, possivelmente com um regime tectónico diferente, para o mundo oxigenado com placas tectónicas horizontais que conhecemos hoje”, explicam os autores. Toda essa evolução complexa permitiu que a vida aparecesse e prosperasse, mas também tornou mais complicada a detecção de biosferas anteriores em exoplanetas.
Estamos em grande desvantagem na busca por vida em exoplanetas. Podemos literalmente escavar as rochas antigas da Terra para tentar desvendar a longa história da vida na Terra e como a atmosfera evoluiu ao longo de milhares de milhões de anos. Quando se trata de exoplanetas, tudo o que temos são telescópios. Telescópios cada vez mais poderosos, mas ainda assim telescópios. Enquanto começamos a explorar o nosso próprio sistema solar, especialmente Marte e as tentadoras luas oceânicas que orbitam os gigantes gasosos, outros sistemas solares estão fora do nosso alcance físico.
“Em vez disso, devemos reconhecer remotamente a presença de biosferas alienígenas e caracterizar os seus ciclos biogeoquímicos em espectros planetários obtidos com grandes telescópios terrestres e espaciais”, escrevem os autores. "Esses telescópios podem sondar a composição atmosférica detectando características de absorção associadas a gases específicos." Sondar gases atmosféricos é a nossa abordagem mais poderosa neste momento, como mostra o JWST.
Mas à medida que os cientistas obtiverem ferramentas melhores, começarão a ir além da química atmosférica. "Também poderemos ser capazes de reconhecer características da superfície em escala global, incluindo a interação da luz com pigmentos fotossintéticos e o 'brilho' resultante da reflexão especular da luz por um oceano líquido."
Compreender o que vemos nas atmosferas dos exoplanetas é paralelo à nossa compreensão da longa história da Terra. A Terra pode ser a chave para a nossa busca cada vez mais ampla e acelerada pela vida.
“Desvendar os detalhes da complexa história biogeoquímica da Terra e a sua relação com sinais espectrais remotamente observáveis é uma consideração importante para o design de instrumentos e para a nossa própria busca por vida no universo”, escrevem os autores.
