A Terra Antiga tinha uma atmosfera espessa e tóxica como Vénus – até que arrefeceu e se tornou habitável

A Terra é o único planeta que conhecemos que contém vida. O nosso planeta é especial? Os cientistas ao longo dos anos refletiram sobre quais fatores são essenciais ou benéficos para a vida. As respostas nos ajudarão a identificar outros planetas potencialmente habitados em outros lugares da galáxia.

Para entender como eram as condições nos primeiros anos da Terra, nossa pesquisa tentou recriar o equilíbrio químico do oceano magma fervente que cobria o planeta bilhões de anos atrás, e conduziu experimentos para ver que tipo de atmosfera ele teria produzido. Trabalhando com colegas na França e nos Estados Unidos, descobrimos que a primeira atmosfera da Terra era provavelmente uma sopa espessa e inóspita de dióxido de carbono e nitrogênio, muito parecida com o que vemos em Vênus hoje.

Como a Terra conseguiu sua primeira atmosfera

Um planeta rochoso como a Terra nasce através de um processo chamado “acreção”, no qual inicialmente pequenas partículas se aglomeram sob a atração da gravidade para formar corpos cada vez maiores. Os corpos menores, chamados “planetesimais”, parecem asteróides, e o tamanho seguinte para cima são “embriões planetários”. Pode ter havido muitos embriões planetários no início do Sistema Solar, mas o único que ainda sobrevive é Marte, que não é um planeta de pleno direito como a Terra ou Vénus.

Os últimos estágios de acreção envolvem impactos gigantescos que liberam enormes quantidades de energia. Pensamos que o último impacto no acreção da Terra envolveu um embrião do tamanho de Marte atingindo a Terra em crescimento, girando da nossa Lua, e derretendo a maior parte ou tudo o que sobrou.

O impacto teria deixado a Terra coberta por um mar global de rocha derretida chamado “oceano magma”. O oceano magma teria vazado hidrogênio, carbono, oxigênio e gases nitrogenados, para formar a primeira atmosfera da Terra.

Como era a primeira atmosfera

Queríamos saber exactamente que tipo de atmosfera teria sido, e como teria mudado, e o oceano magma por baixo, arrefecido. A coisa crucial a entender é o que estava acontecendo com o elemento oxigênio, porque ele controla como os outros elementos se combinam.

Se houvesse pouco oxigênio ao redor, a atmosfera teria sido rica em hidrogênio (H₂), amônia (NH₃) e gases de monóxido de carbono (CO). Com oxigênio abundante, teria sido feito de uma mistura de gases muito mais amigável: dióxido de carbono (CO₂), vapor de água (H₂O) e nitrogênio molecular (N₂).

Então precisávamos trabalhar a química do oxigênio no oceano magma. A chave era determinar quanto oxigênio estava quimicamente ligado ao elemento ferro. Se houver muito oxigênio, ele se liga ao ferro numa proporção de 3:2, mas se houver menos oxigênio, vemos uma proporção de 1:1. A proporção real pode variar entre estes extremos.

Quando o oceano magma eventualmente esfriou, ele se tornou o manto da Terra (a camada de rocha sob a crosta do planeta). Então nós assumimos que as taxas de ligação oxigênio-ferro no oceano magma teriam sido as mesmas que estão no manto hoje.

Temos muitas amostras do manto, algumas trazidas à superfície por erupções vulcânicas e outras por processos tectónicos. A partir delas, poderíamos trabalhar como montar uma mistura de produtos químicos em laboratório.

No laboratório

Nos experimentos levitamos um oceano magma em miniatura sobre um fluxo de gases, mantido derretido pelo calor de um poderoso laser. Isto permitiu-nos calibrar a reacção química entre ferro e oxigénio no magma e relacionar isto com a composição da atmosfera. IPGP

Nós determinamos que esta atmosfera era composta de CO₂ e H₂O. O nitrogénio teria sido na sua forma elementar (N₂) em vez do gás tóxico amoníaco (NH₃).

Mas o que teria acontecido quando o oceano magma esfriasse? Parece que a Terra esfriou o suficiente para o vapor de água condensar para fora da atmosfera, formando oceanos de água líquida, como vemos hoje. Isto teria deixado uma atmosfera com 97% CO₂ e 3% N₂, a uma pressão total de cerca de 70 vezes a pressão atmosférica de hoje. Por falar em efeito estufa! Mas o Sol era menos de três quartos tão brilhante na altura como é agora.

Como a Terra evitou o destino de Vénus

Uma vista ultravioleta mostra bandas de nuvens na atmosfera de Vénus. ISAS / JAXA

Esta relação de CO₂ para N₂ é impressionantemente parecida com a actual atmosfera de Vénus. Então por que Vênus, mas não a Terra, reteve o ambiente infernalmente quente e tóxico que observamos hoje?

A resposta é que Vénus estava demasiado perto do Sol. Simplesmente nunca arrefeceu o suficiente para formar oceanos de água. Em vez disso, o H₂O na atmosfera permaneceu como vapor de água e foi lentamente mas inexoravelmente perdido para o espaço.

No início da Terra, os oceanos de água, em vez disso, lentamente, mas de forma constante, foram retirados CO₂ da atmosfera por reacção com rochas – uma reacção conhecida pela ciência nos últimos 70 anos como a “reacção de Urey”, depois do Prémio Nobel que a descobriu – e reduzindo a pressão atmosférica ao que observamos hoje.

Então, embora ambos os planetas tenham começado de forma quase idêntica, são as suas diferentes distâncias do Sol que os colocam em caminhos divergentes. A Terra tornou-se mais propícia à vida, enquanto Vénus se tornou cada vez mais inóspita.

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