O Grande Evento de Oxidação: Uma Jornada de 200 Milhões de Anos até a Oxigenação

O “Grande Evento de Oxidação” da Terra ocorreu ao longo de 200 milhões de anos, de acordo com descobertas recentes.

Uma nova investigação destaca a complexidade do Grande Evento de Oxidação, revelando que o aumento do oxigénio atmosférico e oceânico foi um processo dinâmico que durou mais de 200 milhões de anos, influenciado por factores geológicos e biológicos críticos para a evolução da vida.

O Grande Evento de Oxidação

Cerca de 2,5 bilhões de anos atrás, o oxigênio livre, ou O₂começou a acumular-se em níveis significativos na atmosfera da Terra, preparando o terreno para o surgimento de vida complexa no nosso planeta em evolução.

Os cientistas referem-se a este fenômeno como o Grande Evento de Oxidação, ou GOE, para abreviar. Mas o acúmulo inicial de O₂ na Terra não era tão simples quanto o apelido sugere, de acordo com uma nova pesquisa liderada por um geoquímico da Universidade de Utah.

Este “evento” durou pelo menos 200 milhões de anos. E rastreando o acúmulo de O₂ nos oceanos tem sido muito difícil até agora, disse Chadlin Ostrander, professor assistente do Departamento de Geologia e Geofísica.

“Dados emergentes sugerem que o aumento inicial de O₂ na atmosfera da Terra era dinâmico, desdobrando-se aos trancos e barrancos até talvez 2.2. bilhões de anos atrás”, disse Ostrander, principal autor do estudo publicado em 12 de junho na revista Natureza. “Nossos dados validam essa hipótese, indo até um passo além ao estender essa dinâmica ao oceano.”

Insights de xistos marinhos

Sua equipe de pesquisa internacional, que é apoiada pelo NASA Programa de exobiologia, focado em xistos marinhos do Supergrupo Transvaal da África do Sul, produzindo insights sobre a dinâmica da oxigenação dos oceanos durante este período crucial na história da Terra. Ao analisar razões isotópicas de tálio (Tl) estáveis ​​e elementos sensíveis a redox, eles descobriram evidências de flutuações no O marinho₂ níveis que coincidiram com mudanças no oxigênio atmosférico.

Essas descobertas ajudam a avançar na compreensão dos processos complexos que moldaram o O da Terra.₂ níveis durante um período crítico na história do planeta que abriu o caminho para a evolução da vida como a conhecemos.

Compreendendo as primeiras condições oceânicas

“Nós realmente não sabemos o que estava acontecendo nos oceanos, onde as primeiras formas de vida da Terra provavelmente se originaram e evoluíram”, disse Ostrander, que ingressou no corpo docente da U no ano passado vindo do Instituto Oceanográfico Woods Hole, em Massachusetts. “Então, conhecendo o O₂ O conteúdo dos oceanos e como isso evoluiu com o tempo é provavelmente mais importante para o início da vida do que a atmosfera.”

A pesquisa baseia-se no trabalho dos coautores de Ostrander, Simon Poulton, da Universidade de Leeds, no Reino Unido, e Andrey Bekker, da Universidade da Califórnia, em Riverside. Em um estudo de 2021, sua equipe de cientistas descobriu que O₂ só se tornou uma parte permanente da atmosfera cerca de 200 milhões de anos após o início do processo de oxigenação global, muito mais tarde do que se pensava anteriormente.

Flutuações de oxigênio atmosférico e oceânico

A evidência definitiva de uma atmosfera anóxica é a presença de assinaturas de isótopos de enxofre raros e independentes de massa em registros sedimentares anteriores ao GOE. Muito poucos processos na Terra podem gerar estas assinaturas de isótopos de enxofre, e pelo que se sabe, a sua preservação no registo rochoso quase certamente requer uma ausência de O atmosférico.₂.

Durante a primeira metade da existência da Terra, sua atmosfera e oceanos foram em grande parte desprovidos de O₂. Este gás estava sendo produzido por cianobactérias no oceano antes do GOE, ao que parece, mas nestes primeiros dias o O₂ foi rapidamente destruído em reações com minerais expostos e gases vulcânicos. Poulton, Bekker e colegas descobriram que as raras assinaturas de isótopos de enxofre desaparecem, mas depois reaparecem, sugerindo múltiplos O₂ sobe e desce na atmosfera durante o GOE. Este não foi um 'evento' único.

Desafios na oxigenação da Terra

“A Terra não estava pronta para ser oxigenada quando o oxigênio começou a ser produzido. A Terra precisava de tempo para evoluir biológica, geológica e quimicamente para levar à oxigenação”, disse Ostrander. “É como uma gangorra. Você tem produção de oxigênio, mas há tanta destruição de oxigênio que nada acontece. Ainda estamos tentando descobrir quando inclinamos completamente a balança e a Terra não poderá voltar para uma atmosfera anóxica.”

Hoje, ó₂ é responsável por 21% da atmosfera, em peso, perdendo apenas para o nitrogênio. Mas depois do GOE, o oxigénio permaneceu como um componente muito pequeno da atmosfera durante centenas de milhões de anos.

Técnicas Avançadas de Análise Isotópica

Para rastrear a presença de O₂ no oceano durante o GOE, a equipe de pesquisa contou com a experiência de Ostrander com isótopos de tálio estáveis.

Isótopos são átomos do mesmo elemento que possuem um número desigual de nêutrons, o que lhes confere pesos ligeiramente diferentes. As proporções dos isótopos de um determinado elemento impulsionaram descobertas em arqueologia, geoquímica e muitos outros campos.

Isótopos de Tálio e Indicadores de Oxigênio

Os avanços na espectrometria de massa permitiram aos cientistas analisar com precisão as proporções de isótopos para elementos cada vez mais abaixo na Tabela Periódica, como o tálio. Felizmente para Ostrander e sua equipe, as proporções de isótopos de tálio são sensíveis ao soterramento de óxido de manganês no fundo do mar, um processo que requer O₂ na água do mar. A equipe examinou isótopos de tálio nos mesmos xistos marinhos recentemente mostrados para rastrear O atmosférico₂ flutuações durante o GOE com isótopos raros de enxofre.

Nos xistos, Ostrander e sua equipe encontraram enriquecimentos perceptíveis no isótopo de tálio de massa mais leve (²⁰³Tl), um padrão melhor explicado pelo soterramento de óxido de manganês no fundo do mar e, portanto, pelo acúmulo de O₂ na água do mar. Esses enriquecimentos foram encontrados nas mesmas amostras sem as raras assinaturas de isótopos de enxofre e, portanto, quando a atmosfera não era mais anóxica. A cereja do bolo: o ²⁰³Os enriquecimentos de Tl desaparecem quando as raras assinaturas de isótopos de enxofre retornam. Essas descobertas foram corroboradas por enriquecimentos de elementos sensíveis a redox, uma ferramenta mais clássica para rastrear mudanças no antigo O₂.

“Quando os isótopos de enxofre dizem que a atmosfera ficou oxigenada, os isótopos de tálio dizem que os oceanos ficaram oxigenados. E quando os isótopos de enxofre dizem que a atmosfera voltou a ser anóxica, os isótopos de tálio dizem o mesmo para o oceano”, disse Ostrander. “Portanto, a atmosfera e o oceano estavam se tornando oxigenados e desoxigenados juntos. Esta é uma informação nova e interessante para aqueles interessados ​​na Terra antiga.”