Processos naturais que movem o carbono através da Terra, como a tectónica de placas, subducção, e actividade vulcânica, parecem velhos e estáveis hoje em dia, mas o planeta nem sempre foi tão calmo. Durante o eon Arqueano (4 a 2,5 mil milhões de anos atrás) – a adolescência da Terra – o planeta era mais quente e tinha mais erupções vulcânicas. Este eon terminou com um aumento do oxigénio atmosférico chamado Grande Evento de Oxidação, que foi o início da tectónica de placas mais madura que reconhecemos hoje.
Num novo artigo na Natureza, uma equipa de investigadores, incluindo os membros da Comunidade de Reservatórios DCO e Fluxos Bernard Marty e Michael Broadley (CRPG-CNRS, França) e o membro do Comité Executivo Claude Jaupart (Institut de Physique du Globe de Paris, França), detectou um forte aumento da actividade vulcânica entre 2,6 a 2,2 mil milhões de anos atrás, que provavelmente libertou uma explosão de água, dióxido de carbono, e outros compostos voláteis na atmosfera . Os investigadores analisaram vestígios de atmosfera Arqueana aprisionada dentro de bolhas cheias de fluidos, chamadas inclusões dentro de rochas que se formaram nessa altura. Eles propõem que este fluxo maciço de voláteis pode ter iniciado o Grande Evento de Oxidação.
“Não sabemos muito sobre o eon Arqueano, há cerca de 3 mil milhões de anos”, disse Marty, co-presidente do Comité Directivo da Ciência Comunitária dos Reservatórios e Fluxos. Poucas rochas ainda existem desse período de tempo, e como ele assinala, sabemos pouco sobre a atmosfera Arqueana e os fluxos vulcânicos “porque na altura não havia vulcanólogos”.
No novo estudo, os investigadores examinaram dados de isótopos de rochas que se formaram há 3,5 a 2,7 mil milhões de anos. “Os isótopos são como o ADN da matéria”, disse Marty. “Cada elemento tem uma assinatura específica que é um registo do que aconteceu antes”
Especificamente, analisaram a composição isotópica do xénon de gás nobre, que pode ser utilizado para estimar a actividade vulcânica ao longo do tempo. Existem nove isótopos diferentes de xénon que diferem apenas no número de neutrões no núcleo. O isótopo 129Xe vem do decaimento radioactivo do iodo no manto e escapa à superfície através de erupções vulcânicas, pelo que as concentrações do isótopo na atmosfera estão directamente relacionadas com as emissões vulcânicas. 129Xe tem vindo a acumular-se gradualmente na atmosfera terrestre ao longo do tempo.
Como esperado, os investigadores viram que a atmosfera Arqueana tinha pouco xenon em comparação com a atmosfera actual, que teve muito mais tempo para acumular o gás. Mas ficaram surpreendidos ao ver um rápido aumento em 129Xe de 2,6 para 2 mil milhões de anos atrás. Isto significa que a Terra experimentou uma actividade vulcânica maciça por volta deste período de tempo, e libertou enormes quantidades de carbono e outros voláteis para a atmosfera, a taxas 10 a 100 vezes mais rápidas do que hoje.
A actividade vulcânica associada à actual tectónica de placas não consegue explicar a rápida ascensão, pelo que Marty e os seus colegas do CRPG-CNRS colaboraram com Jaupart, um especialista em libertação de calor da Terra, para criar um modelo da temperatura da Terra e da actividade vulcânica ao longo do tempo. De acordo com um registo independente deixado pelas rochas vulcânicas, a temperatura interna da Terra atingiu um pico entre 3 e 2,5 mil milhões de anos atrás, aquecida pela decomposição dos elementos radioactivos. Uma vez que a tectónica de placas primitivas não era muito eficiente na libertação deste calor, os cientistas pensam que a Terra sobreaqueceu e criou enormes volumes de espuma, contendo magma derretida, gases e cristais. A assinatura 129Xe sugere que a papa entrou em erupção durante 200 ou 300 milhões de anos, libertando gases à superfície.
Tal como um ataque de adolescentes, o aumento da actividade vulcânica deixou a Terra explodir muito vapor e outros voláteis, antes de se instalar num padrão mais maduro de tectónica de placas.
Os investigadores especulam que esta explosão de voláteis no final da época Arqueana pode ser responsável pelo Grande Evento de Oxidação que resultou em oxigénio gasoso na atmosfera. “Propomos que a libertação repentina de dióxido de carbono e nitrogénio na atmosfera forneceu muitos nutrientes para as bactérias, pelo que poderia ter havido um impulso da actividade bacteriana, o que significa que estas tomaram dióxido de carbono e nitrogénio e libertaram oxigénio”, disse Marty.
Este rápido aumento de dióxido de carbono no final do Arqueano ocorreu numa escala semelhante à das emissões de dióxido de carbono humano hoje em dia. Compreender como as mudanças catastróficas no ciclo global do carbono afectaram a Terra antiga pode ajudar-nos a prever as mudanças que resultarão das nossas actuais taxas de emissões.
P>Próximo, os investigadores planeiam analisar amostras adicionais de rochas deste período de tempo, para conseguir uma melhor resolução sobre o tempo do “espectro” do manto terrestre e como este pode ter afectado a evolução do planeta. Também planeiam analisar o papel do Sol e como as mudanças na produção solar podem ter afectado a temperatura da Terra no passado.
“Precisamos realmente de caracterizar melhor a Terra antiga”, disse Marty. “No Arqueano é certamente onde a actividade bacteriana se desenvolveu e a vida floresceu. Precisamos de documentar melhor este período de tempo e saber muito mais sobre o ciclo de voláteis num passado distante”.
Minha imagem: As rochas arqueanas, tais como a formação de 3,45 Ga-old Dresser, no Noroeste da Austrália, estão hoje em dia em curto prazo na Terra, o que torna difícil aprender sobre as condições na Terra durante o eon Arqueano. Cortesia de B. Marty