Especialistas dizem que a compreensão científica dos hidrocarbonetos profundos foi transformada, com novas percepções obtidas sobre as fontes de energia que poderiam ter catalisado e nutrido as primeiras formas de vida da Terra.

Durante os últimos cem anos, os cientistas trabalharam em detalhes como os hidrocarbonetos - combustíveis fósseis "extraídos de reservatórios na crosta terrestre para aquecer e fornecer energia para casas, veículos, e indústria - têm origem biótica, derivado das plantas enterradas, animais, e algas de eras passadas.

Mas para alguns hidrocarbonetos, especialmente metano - o incolor, ingrediente principal inodoro do gás natural - a natureza tem muitas receitas, alguns dos quais são "abióticos - derivados não da decadência da vida pré-histórica, mas criado inorgânico por processos geológicos e químicos nas profundezas da Terra.

Os hidrocarbonetos abióticos têm sido o principal foco da comunidade Deep Energy do programa Deep Carbon Observatory - uma exploração de 10 anos dos segredos mais íntimos da Terra, concluindo em outubro.

Especialistas em DCO acreditam que uma origem abiótica do metano explica a maioria das ocorrências incomuns do gás, incluindo as chamas de Chimaera no sudoeste da Turquia.

A quimera não fica sobre depósitos convencionais de petróleo e gás produzidos a partir dos resíduos orgânicos em decomposição de épocas anteriores. E ainda, dezenas de pequenos incêndios ocorreram neste local no topo da montanha por milênios.

As explicações antigas para as chamas incluíam a respiração de um monstro - parte leão, parte cabra, parte cobra. A razão científica menos colorida:metano abiótico altamente inflamável e hidrogênio subindo para a superfície da Terra vindo de baixo.

A quimera está entre as centenas de locais mais fotogênicos e famosos de agora, onde fontes abióticas de metano foram encontradas em mais de 20 países e em várias regiões oceânicas profundas até agora.

O colaborador DCO Giuseppe Etiope do Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia em Roma documentou o sítio Chimaera e vários outros ambientes nos quais ocorrências incomuns de metano foram encontradas, Incluindo:

• Antigos escudos pré-cambrianos - rocha no centro dos continentes formada há cerca de 3 bilhões de anos
• No fundo do oceano (por exemplo, aberturas de alta temperatura nas dorsais meso-oceânicas e próximo a ela e vulcões de lama que expelem)
• Nos continentes (seeps e fontes e aqüíferos hiperalcalinos).

Embora diversos tipos de rochas estejam presentes em todos esses ambientes, ele observa, muitas descobertas se concentraram em lugares com tipos adequados de rochas "ultramáficas", como peridotito (uma rocha ígnea de granulação grossa) incluída em maciços e ofiolitos (conjuntos de rochas formados a partir da erupção submarina da crosta oceânica e do material do manto superior).

Acredita-se agora que o metano abiótico da Terra deriva principalmente do hidrogênio criado pela hidratação de rochas ultramáficas que sofrem "serpentinização" - uma reação que ocorre quando a água encontra o mineral olivina.

O hidrogênio também nutre fontes biológicas de metano. Os pesquisadores da DCO documentaram um vasto ecossistema microbiano - uma biosfera profunda alimentada por hidrogênio. Muitos dos micróbios profundos, chamados metanogênios, metabolizar o hidrogênio para produzir metano.

A biosfera profunda apresentou, portanto, um cenário do ovo e da galinha:o que veio primeiro, metano abiótico ou micróbios? Se o metano abiótico veio primeiro, como parece óbvio, deu origem aos primeiros micróbios da Terra? E se os micróbios vieram primeiro, como e por que eles habitaram lugares quase desprovidos de sustento?

Um objetivo decadal:descobrir as origens do metano na Terra

Quando o projeto Deep Carbon Observatory começou em 2009, Comunidade de Deep Energy da DCO - agora composta por mais de 230 pesquisadores de 35 nações, definir a meta decadal de identificar as origens do metano na Terra.

Alguns levantaram a hipótese de que reservatórios de metano incomuns - ou seja, aqueles que não poderiam ser de origem biótica - devem se formar por meio de reações químicas que ocorrem nas rochas circundantes.

Outros sugeriram que os micróbios contribuíram para a produção de metano em alguns reservatórios, metabolizar hidrogênio para criar metano em um processo totalmente diferente.

Outros levantaram a hipótese de que o metano pode se originar nas profundezas da Terra, no manto superior, e se difundir em direção à superfície. (Na Universidade Gubkin de Moscou, o pesquisador Vladimir Kutcherov está conduzindo experimentos para testar a produção de metano em condições de alta pressão simuladas em laboratório do manto superior da Terra).

No início de seu mandato, o DCO tomou a decisão de investir em uma nova instrumentação analítica para superar algumas das limitações para decifrar a origem do metano.

Com investimento estratégico em instrumentação e inúmeras amostras de campo, Os parceiros da DCO foram pioneiros em novas ferramentas investigativas para distinguir o metano biótico do abiótico da Terra.

Em 2014, três novos instrumentos foram colocados online com o potencial de mudar a face da ciência do carbono profundo, e eles não desapontaram, diz Edward Young, da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA), co-líder da Deep Energy Community DCO com Isabelle Daniel da Claude Bernard University Lyon 1 em Lyon, França.

Usando técnicas complementares de espectrometria de massa e espectroscopia de absorção, cientistas da UCLA, o Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), Pasadena CA, e o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), Cambridge MA, estão analisando amostras de metano natural para entender melhor como o metano abiótico pode ser produzido.

"Uma molécula de metano (CH4) parece extremamente simples, composto de apenas cinco átomos, "diz o Dr. Young." Isótopos raros de hidrogênio e carbono são ocasionalmente incorporados em moléculas de metano, Contudo, e a frequência desses isótopos 'pesados' revela o segredo de como eles se formaram e em que temperaturas. "

De valor diagnóstico particular são as moléculas de metano que contêm mais de um isótopo "pesado" ("isótopos aglomerados"). Essas moléculas são extremamente raras e só podem ser distinguidas por instrumentos com resolução de massa extremamente alta, sensibilidade, e poder.

Colaboradores DCO usaram amostras de gases coletados de Chimaera, as minas profundas do Canadá, o ofiolito de Omã, fontes hidrotermais no fundo do oceano, e sites adicionais, e ficaram surpresos com o que encontraram.

Embora interpretar os dados seja um desafio, parece que os micróbios podem estar fazendo mais do que se pensava originalmente.

Quanto metano abiótico?

"Vemos impressões digitais biológicas curiosas em amostras que, de outra forma, parecem ter uma assinatura abiótica, "diz o Dr. Daniel." Parece que os micróbios sabem como usar esses compostos abióticos como combustível. "

"Temos evidências claras e crescentes de metano abiótico na Terra. O que não está claro é quanto existe. Essas investigações descobriram uma complexidade incrível na forma como o metano é produzido, e essas complexidades conectam a química inorgânica e orgânica na Terra de maneiras fascinantes. "

Young acrescenta:"Entramos neste projeto pensando que sabíamos como o metano abiótico se formou. O que estamos aprendendo é que é muito mais complicado, e a maior chave é o hidrogênio. Com uma maior compreensão de como as rochas fazem o hidrogênio do qual o metano deriva, e quão rápido essa reação acontece, estaremos muito mais perto de saber quanto metano existe na Terra. "

Jesse Ausubel, da Universidade Rockefeller em Nova York, observa que a definição popular de "combustível fóssil" não abrange o metano abiótico.

"Milhares de amostras de muitos ambientes testados com instrumentos super-sensíveis estão produzindo uma imagem global das abundâncias e fluxos de energia profunda. Muitos dos hidrocarbonetos muito profundos não são combustíveis fósseis convencionais, como definido popularmente. "

Os comportamentos do metano biótico e abiótico, deve-se notar, em termos de produção de energia e emissões quando queimada, são indistinguíveis.

Principais descobertas até o momento:

• Graças aos novos instrumentos, cientistas identificaram novas assinaturas de isótopos no metano para ajudar a determinar sua proveniência - uma impossibilidade há 10 anos
• A reação de serpentinização é melhor compreendida e é uma das várias maneiras pelas quais as rochas da Terra produzem hidrogênio molecular - uma fonte chave de energia geológica para a biosfera profunda
• Que o hidrogênio reage com o dióxido de carbono para produzir metano era conhecido há muito tempo. Como isso acontece na crosta terrestre, Contudo, é altamente complexo, e muitas outras moléculas orgânicas são criadas como subprodutos no processo. Essas moléculas podem ser usadas por micróbios como fonte de alimento. Eles também representam pistas intrigantes sobre as origens da vida na Terra, uma vez que essas moléculas orgânicas podem ser precursoras para os blocos de construção da vida (por exemplo, aminoácidos)
• Com condições e reações semelhantes prováveis ​​em outros planetas e luas (por exemplo, a subsuperfície de Marte ou no fundo do oceano de Enceladus), fortalece a identificação potencial de onde a vida pode existir em outras partes do universo
• Estudos de sistemas de serpentinização encontraram outros hidrocarbonetos abióticos além do metano.

Implicações futuras:

Essas investigações sobre como o metano abiótico se forma na Terra não é o fim da história, mas sim o começo.

Os últimos 10 anos viram mudanças transformacionais em nossa compreensão das origens do metano na Terra e seu papel central na sustentação da biosfera profunda, fornecendo um vislumbre dos processos geológicos que poderiam ter criado o cenário para a vida.

Com essas novas descobertas, estamos preparados para responder a inúmeras questões importantes, tal como:

• Quanto metano abiótico está sendo produzido na Terra?
• Quanto metano os micróbios da biosfera profunda da Terra produzem?
• Quanto os micróbios consomem?
• Quais são os movimentos e destinos do metano abiótico? E
• Onde o metano abiótico é armazenado e por quanto tempo?

O sucesso da pesquisa do projeto não mudou apenas a percepção da geração de energia nas profundezas da Terra, mas também sobre como a vida pode ter encontrado um ponto de apoio em nosso planeta.

E se a energia abiótica ocorre na Terra, qual a probabilidade de que reações e vidas semelhantes tenham ocorrido em outras partes do cosmos?

Esta pesquisa de Deep Energy divulgada hoje é resultado do programa Deep Carbon Observatory, which will issue its final report in October 2019 after a decade of work by a global community of more than 1000 scientists to better understand the quantities, movements, forms, and origins of carbon inside Earth.