p Mapear as ligações e modos vibracionais de moléculas contendo isótopos de enxofre está ajudando a lançar luz sobre as reações químicas que ocorreram na atmosfera da Terra durante a era arqueana, antes de a atmosfera ser oxigenada há cerca de 2,5 bilhões de anos. p O Arqueano é um éon geológico que durou de 4 bilhões a 2,5 bilhões de anos atrás. Viu o surgimento da primeira vida na Terra, mas esses micróbios eram anaeróbicos, o que significa que eles não respiraram oxigênio. Na verdade, durante este tempo, A atmosfera da Terra não continha nenhum oxigênio molecular. Em vez de, a atmosfera era rica em carbono e, particularmente, enxofre.

p O enxofre na atmosfera da Terra Arqueana foi emitido pela atividade vulcânica, e através de um processo chamado fracionamento independente de massa, os vários isótopos de enxofre (átomos de enxofre contendo o mesmo número de prótons, mas diferentes números de nêutrons) foram enriquecidos de uma maneira que não se correlaciona com sua massa. A evidência de que isso ocorreu é encontrada em depósitos superficiais que datam do Arqueano, e foram esses isótopos de enxofre, como parte de moléculas como sulfeto de hidrogênio (H ₂ S) e dióxido de enxofre (SO ₂ ), quais micróbios metabolizam, liberando oxigênio no processo e iniciando o processo de oxigenação da atmosfera terrestre - um desenvolvimento conhecido como o Grande Evento da Oxigenação.

p Como o enxofre é rapidamente oxidado em um ambiente rico em oxigênio, e, em seguida, removido da atmosfera por precipitação e escoamento para o oceano, a química do enxofre do início da vida arqueana foi extinta e perdida no tempo. Contudo, ao compreender o processo de fracionamento independente de massa, deve ser possível aprender mais sobre a atmosfera da Terra pré-oxigenada e as condições em que viveu a primeira vida na Terra.

p O processo por trás do fracionamento independente de massa do enxofre permanece incerto, mas as duas hipóteses mais populares são fotólise (a quebra de moléculas) pela luz ultravioleta do Sol, ou reações entre enxofre elementar. "Contudo, o fenômeno real, reação ou mecanismo ainda não foi identificado, "diz Dmitri Babikov, Professor de Química Física e Física Molecular na Marquette University em Milwaukee, Wisconsin.

p Ligações moleculares do enxofre

p Babikov, junto com seus colegas da Marquette, Igor Gayday e Alexander Teplukhin, publicou um novo artigo na revista Física Molecular que explora algumas das ligações moleculares de um enxofre-4 (S ₄ ) molécula, e como essas ligações afetam os modos vibracionais da molécula, o que, por sua vez, pode influenciar o processo de fracionamento independente da massa.

p Eles identificaram um segundo, previamente desconhecido, vínculo que une S ₂ moléculas (contendo dois átomos de enxofre) para formar S ₄ . "Esta segunda ligação mantém a molécula firme em um arranjo [em forma de trapézio] e não permite a fácil rotação dos dois S ₂ moléculas dentro de S ₄ , "diz Babikov. Por sua vez, este arranjo de átomos de enxofre, então, determina como eles se movem conforme o S ₄ molécula vibra.

p Os estados vibracionais, ou frequências, do S ₄ molécula são determinados tanto pela forma da superfície de energia potencial da molécula, "que descreve a energia dos isótopos no arranjo trapézio da molécula S4, e como as reações químicas mudam a energia potencial desse sistema. Não só o número de modos vibracionais, envolvendo alongamento e compressão das ligações entre o S ₂ moléculas, influenciam a taxa de reação, mas também podem ser sensíveis a um determinado isótopo, o que poderia ajudar a identificar a reação química por trás do fracionamento independente de massa. "Mas, neste ponto, ainda é uma hipótese, "diz Babikov.

p Uma melhor compreensão do papel do fracionamento independente de massa na química do enxofre do Arqueano da Terra não apenas nos dá uma imagem do ambiente na Terra antes da oxigenação, mas também nos fala sobre as bioassinaturas potenciais que um ambiente semelhante em um exoplaneta poderia criar.

p "[Isótopos de enxofre] podem servir como uma assinatura do ambiente que criou a vida na Terra, "diz Babikov. No entanto, ele diz, nosso nível atual de tecnologia telescópica significa que seria muito difícil determinar a composição isotópica da atmosfera de um exoplaneta com o nível de detalhe necessário.

p O estudo, "Análise computacional de modos vibracionais em tetra-enxofre usando superfície de energia potencial reduzida dimensionalmente, "foi publicado no jornal Física Molecular . O trabalho foi apoiado em parte pela NASAAstrobiologia por meio do Programa de Exobiologia. p Esta história foi republicada por cortesia da Revista Astrobiologia da NASA. Explore a Terra e muito mais em www.astrobio.net.