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
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
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.