É bem sabido que a vida na Terra e a geologia do planeta estão interligadas, mas um novo estudo fornece novas evidências de quão profunda - literalmente - essa conexão vai. Geocientistas da Caltech e da UC Berkeley identificaram uma assinatura química em rochas ígneas registrando o início da oxigenação dos oceanos profundos da Terra - um sinal que conseguiu sobreviver à fornalha do manto. Esta oxigenação é de grande interesse, como deu início à era moderna de altos níveis de oxigênio atmosférico e oceânico, e acredita-se que tenha permitido a diversificação da vida no mar.

Suas descobertas, que foram publicados em Proceedings of the National Academy of Science em 11 de abril, apoiar uma teoria importante sobre a geoquímica de magmas de arco insular e oferecer um raro exemplo de processos biológicos na superfície do planeta afetando o interior da Terra.

Os arcos insulares são formados quando uma placa tectônica oceânica desliza sob outra em um processo denominado subducção. A placa subdutora desce e libera fluidos ricos em água no manto sobrejacente, fazendo com que derreta e produza magmas que finalmente ascendem à superfície da terra. Este processo constrói vulcões de arco insular como os encontrados hoje nas ilhas japonesas e em outras partes do Anel de Fogo do Pacífico. Eventualmente, por meio de placas tectônicas, os arcos das ilhas colidem e são incorporados aos continentes, preservando-os no registro da rocha ao longo do tempo geológico.

O magmático mais abundante, ou ígnea, as rochas são basaltos - rochas de cor escura e granulação fina comumente encontradas em fluxos de lava. A maioria dos basaltos na Terra hoje não se forma em arcos insulares, mas sim em dorsais meso-oceânicas profundas debaixo d'água. Uma diferença bem conhecida entre os dois é que os basaltos do arco das ilhas são mais oxidados do que aqueles encontrados nas dorsais meso-oceânicas.

Uma hipótese importante, mas debatida, para essa diferença é que a crosta oceânica é oxidada por oxigênio e sulfato no oceano profundo antes de ser subduzida no manto, entrega de material oxidado à fonte do manto de arcos insulares acima da zona de subducção.

Mas não se pensa que a Terra sempre teve uma atmosfera oxigenada e um oceano profundo. Em vez, cientistas acreditam, o surgimento do oxigênio - e com ele a capacidade do planeta de sustentar a vida aeróbica - ocorreu em duas etapas. O primeiro evento, que ocorreu entre cerca de 2,3 e 2,4 bilhões de anos atrás, resultou em um maior que 100, Aumento de 000 vezes no O2 atmosférico na atmosfera, para cerca de 1 por cento dos níveis modernos.

Embora tenha sido dramaticamente mais alto do que antes, a concentração de O2 atmosférico neste momento ainda era muito baixa para oxigenar o oceano profundo, que se acredita ter permanecido anóxico até cerca de 400 a 800 milhões de anos atrás. Naquela época, acredita-se que as concentrações atmosféricas de O2 aumentaram de 10 a 50 por cento dos níveis modernos. Foi proposto que esse segundo salto permitiu que o oxigênio circulasse nas profundezas do oceano.

"Se a razão pela qual os arcos das ilhas modernas são razoavelmente oxidados é devido à presença de oxigênio dissolvido e sulfato nas profundezas do oceano, em seguida, ele configura uma previsão potencial interessante, "diz Daniel Stolper (Caltech Ph.D. '14), um dos autores do artigo e professor assistente de Ciências da Terra e Planetárias na UC Berkeley. "Sabemos aproximadamente quando os oceanos profundos se tornaram oxigenados e, portanto, se esta ideia estiver certa, pode-se ver uma mudança em como as rochas do arco da ilha antiga eram oxidadas antes e depois dessa oxigenação. "

Para pesquisar o sinal deste evento de oxigenação em rochas ígneas de arco insular, Stolper se juntou à professora assistente de geologia da Caltech Claire Bucholz, que estuda rochas magmáticas de arco moderno e antigo. Stolper e Bucholz vasculharam registros publicados de arcos de ilhas antigas e compilaram medições geoquímicas que revelaram o estado de oxidação das rochas de arco que irromperam de dezenas de milhões a bilhões de anos atrás. A ideia deles era simples:se o material oxidado da superfície for subduzido e oxidar as regiões do manto que originam as rochas do arco insular, então, as rochas do arco de ilhas antigas deveriam ser menos oxidadas (e, portanto, mais "reduzidas") do que suas contrapartes modernas.

"Não é mais tão comum, mas os cientistas costumavam quantificar rotineiramente o estado de oxidação do ferro em suas amostras de rocha, "Bucholz diz." Portanto, havia uma grande quantidade de dados esperando para serem reexaminados. "

Sua análise revelou uma assinatura distinta:um aumento detectável no ferro oxidado em amostras de rochas volumosas entre 800 e 400 milhões de anos atrás, ocorreu o mesmo intervalo de tempo que estudos independentes propuseram a oxigenação do oceano profundo. Para ser completo, os pesquisadores também exploraram outras explicações possíveis para o sinal. Por exemplo, é comumente assumido que o estado de oxidação do ferro em rochas volumosas pode ser comprometido por processos metamórficos - o aquecimento e compactação de rochas - ou por processos que os alteram na superfície da terra ou próximo a ela. Bucholz e Stolper construíram uma variedade de testes para determinar se tais processos afetaram o registro. Alguma alteração quase certamente ocorreu, Bucholz diz, mas as mudanças são consistentes em todos os lugares em que as amostras foram coletadas. "A quantidade de ferro oxidado nas amostras pode ter mudado após o resfriamento e solidificação, mas parece ter mudado de maneira semelhante em todas as amostras, " ela diz.

Stolper e Bucholz, adicionalmente, compilaram outro proxy também pensado para refletir o estado de oxidação da fonte do manto de magmas de arco. De forma tranquilizadora, este registro independente produziu resultados semelhantes ao registro do estado de oxidação do ferro. Com base nisso, os pesquisadores propõem que a oxigenação do oceano profundo impactou não apenas na superfície da Terra e nos oceanos, mas também mudou a geoquímica de uma importante classe de rochas ígneas.

Este trabalho complementa a pesquisa anterior de Bucholz que examina as mudanças nas assinaturas de oxidação de minerais em rochas ígneas associadas ao primeiro evento de oxigenação há 2,3 bilhões de anos. Ela coletou tipos sedimentares, ou tipo S, granitos, que são formados durante o soterramento e aquecimento de sedimentos durante a colisão de duas massas de terra, por exemplo, no Himalaia, onde o subcontinente indiano está colidindo com a Ásia.

"Os granitos representam sedimentos derretidos que foram depositados na superfície da Terra. Eu queria testar a ideia de que os sedimentos ainda podem registrar o primeiro aumento de oxigênio na Terra, apesar de ter sido aquecido e derretido para criar granito, "ela diz." E, de fato, sim. "

Ambos os estudos falam sobre a forte conexão entre a geologia da Terra e a vida que floresce nela, ela diz. “A evolução do planeta e da vida nele estão interligadas. Não podemos entender uma sem entender a outra, "diz Bucholz.

o PNAS O estudo é intitulado "Ascensão neoproterozóica ao início do Fanerozóico no estado redox de arco insular devido à oxigenação do oceano profundo e ao aumento dos níveis de sulfato marinho."