Para o desenvolvimento de animais, nada - com exceção do DNA - pode ser mais importante do que o oxigênio na atmosfera.

O oxigênio permite as reações químicas que os animais usam para obter energia dos carboidratos armazenados - dos alimentos. Portanto, pode não ser coincidência que os animais apareceram e evoluíram durante a "explosão cambriana, "que coincidiu com um pico de oxigênio atmosférico há cerca de 500 milhões de anos.

Foi durante a explosão cambriana que a maioria dos desenhos de animais atuais apareceu.

Em plantas verdes, a fotossíntese separa o dióxido de carbono em oxigênio molecular (que é liberado para a atmosfera), e carbono (que é armazenado em carboidratos).

Mas a fotossíntese já existia há pelo menos 2,5 bilhões de anos. Então, o que foi responsável pelo aumento repentino de oxigênio durante o Cambriano?

Um estudo agora online na edição de fevereiro da Cartas da Terra e da Ciência Planetária liga o aumento do oxigênio a um rápido aumento no soterramento de sedimentos contendo grandes quantidades de matéria orgânica rica em carbono. A chave, diz o co-autor do estudo Shanan Peters, um professor de geociências na Universidade de Wisconsin – Madison, é reconhecer que o armazenamento de sedimentos bloqueia a oxidação do carbono.

Sem enterro, esta reação de oxidação faz com que material vegetal morto na superfície da Terra queime. Isso faz com que o carbono que ele contém, que se originou na atmosfera, para se ligar ao oxigênio para formar dióxido de carbono. E para o oxigênio se acumular em nossa atmosfera, a matéria orgânica das plantas deve ser protegida da oxidação.

E é exatamente isso que acontece quando a matéria orgânica - a matéria-prima do carvão, petróleo e gás natural - é enterrado por meio de processos geológicos.

Para fazer este caso, Peters e seu colega de pós-doutorado Jon Husson exploraram um conjunto de dados exclusivo chamado Macrostrat, um acúmulo de informações geológicas na América do Norte, cuja construção Peters planejou por 10 anos.

Os gráficos paralelos de oxigênio na atmosfera e sepultamento de sedimentos, com base na formação de rocha sedimentar, indicam uma relação entre oxigênio e sedimentos. Ambos os gráficos mostram um pico menor há 2,3 bilhões de anos e um pico maior há cerca de 500 milhões de anos.

"É uma correlação, mas nosso argumento é que existem conexões mecanicistas entre a geologia e a história do oxigênio atmosférico, "Diz Husson." Quando você armazena sedimentos, contém matéria orgânica que foi formada pela fotossíntese, que converteu dióxido de carbono em biomassa e liberou oxigênio na atmosfera. Enterro remove o carbono da superfície da Terra, impedindo-o de se ligar ao oxigênio molecular retirado da atmosfera. "

Algumas das ondas de soterramento de sedimentos que Husson e Peters identificaram coincidiram com a formação de vastos campos de combustível fóssil que ainda hoje são explorados, incluindo a Bacia Permian rica em petróleo no Texas e os campos de carvão da Pensilvânia nos Apalaches.

"Enterrar os sedimentos que se tornaram combustíveis fósseis foi a chave para a vida animal avançada na Terra, "Peters diz, observando que a vida multicelular é em grande parte uma criação do Cambriano.

Hoje, queimar bilhões de toneladas de carbono armazenado em combustíveis fósseis está removendo grandes quantidades de oxigênio da atmosfera, invertendo o padrão que levou ao aumento do oxigênio. E assim o nível de oxigênio na atmosfera cai à medida que a concentração de dióxido de carbono aumenta.

Os dados sobre a América do Norte na Macrostrat refletem o trabalho de milhares de geocientistas ao longo de mais de um século. O estudo atual diz respeito apenas à América do Norte, visto que ainda não existem bancos de dados abrangentes sobre os outros 80% da superfície continental da Terra.

A causa geológica final para o armazenamento acelerado de sedimentos que promoveu os dois surtos de oxigênio permanece obscura. "Existem muitas ideias para explicar as diferentes fases da concentração de oxigênio, "Husson admite." Suspeitamos que mudanças profundas no movimento das placas tectônicas ou na condução do calor ou na circulação no manto podem estar em jogo, mas não temos uma explicação neste momento. "

Segurando um pedaço de xisto Ordoviciano cravejado de trilobita que se formou há aproximadamente 450 milhões de anos, Peters pergunta, “Por que há oxigênio na atmosfera? A explicação do ensino médio é 'fotossíntese'. Mas já sabemos há muito tempo, remontando ao geólogo de Wisconsin (e presidente da Universidade de Wisconsin) Thomas Chrowder Chamberlin, que o acúmulo de oxigênio requer a formação de rochas como este xisto negro, que pode ser rico o suficiente em carbono para realmente queimar. O carbono orgânico neste xisto foi fixado da atmosfera por fotossíntese, e seu soterramento e preservação nesta rocha liberaram oxigênio molecular. "

O que há de novo no estudo atual, Husson diz, é a capacidade de documentar essa relação em um amplo banco de dados que cobre 20% da superfície terrestre.

O enterro contínuo de carbono é necessário para manter a atmosfera cheia de oxigênio. Muitos caminhos na superfície da Terra, Husson observa, como a oxidação do ferro - ferrugem - consome oxigênio livre. "O segredo de ter oxigênio na atmosfera é remover uma pequena porção da biomassa presente e sequestrá-la em depósitos sedimentares. Foi o que aconteceu quando os combustíveis fósseis foram depositados."