Novos dados indicando que a superfície da Terra se fragmentou há cerca de 3,2 bilhões de anos ajudam a esclarecer como as placas tectônicas impulsionaram a evolução da vida complexa.
Em 2016, os geoquímicos Jonas Tusch e Carsten Münker martelaram mil libras de rocha do sertão australiano e as transportaram de avião de volta para Colônia, na Alemanha.
Cinco anos serrando, esmagando, dissolvendo e analisando depois, eles extraíram dessas rochas um segredo escondido por eras: a era em que as placas tectônicas começaram.
A carapaça fraturada da Terra de placas rígidas e interligadas é única no sistema solar. Os cientistas cada vez mais o conectam a outras características especiais do nosso planeta, como sua atmosfera estável, campo magnético protetor e coleção de vida complexa. Mas os geólogos debateram por muito tempo exatamente quando a crosta terrestre se partiu em placas, com hipóteses concorrentes abrangendo desde o primeiro bilhão de anos da história de 4,5 bilhões de anos do planeta até algum momento no último bilhão Essas estimativas têm implicações totalmente diferentes sobre como as placas tectônicas afetam tudo o mais na Terra.
A expansão, o esmagamento e o mergulho das placas tectônicas moldam muito mais do que apenas a geografia. A reciclagem da superfície da Terra ajuda a regular seu clima, enquanto a construção de continentes e montanhas bombeia nutrientes vitais para o ecossistema. Na verdade, as placas tectônicas, se começaram cedo o suficiente, podem ter sido um dos principais impulsionadores da evolução da vida complexa. E, por extensão, o deslocamento das placas também pode ser um pré-requisito para a vida avançada em planetas distantes.
Agora, um estudo das rochas do Outback australiano por Tusch, Münker e seus co-autores, publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences, capturou “um instantâneo” do advento das placas tectônicas, disse Alan Collins, um geólogo na Universidade de Adelaide, na Austrália. A análise da equipe de isótopos de tungstênio nas rochas revela a Terra no ato de transição para placas tectônicas há cerca de 3,2 bilhões de anos.
As descobertas reforçam outras evidências circunstanciais acumuladas na última década apontando para essa data, disse Richard Palin, um petrólogo da Universidade de Oxford. Ele “apóia o crescente consenso na comunidade geológica de que as placas tectônicas se estabeleceram em escala global”, há cerca de 3 bilhões de anos, disse ele.
“Há muitas pessoas diferentes, vindo de perspectivas muito diferentes, chegando a uma convergência de 3,2 a 3 bilhões de anos”, disse Collins.
Motor terrestre
Quando o geólogo Alfred Wegener propôs pela primeira vez a teoria da deriva continental em 1912, a maioria de seus colegas a achou absurda. Como as massas de terra gigantescas podem se mover? Wegener não conseguiu identificar um mecanismo para impulsionar seus continentes à deriva. E de fato levaria mais cinco décadas para os geólogos descobrirem como a convecção dentro do manto da Terra – a espessa camada de rocha quente entre a crosta e o núcleo – impulsiona as placas na superfície. Eles finalmente mostraram que essas placas – 15 placas principais e dezenas de menores – se espalham nas dorsais meso-oceânicas, movem-se com o fluxo do manto, raspam umas nas outras em suas bordas e mergulham de volta no manto nas “zonas de subducção”.
“A tectônica de placas oferece uma maneira muito organizada de mover a superfície”, disse Carolina Lithgow-Bertelloni, geofísica da Universidade da Califórnia, em Los Angeles. “Você pode então entender por que há terremotos onde há terremotos, por que há montanhas onde há montanhas.”
Nas décadas seguintes, os cientistas perceberam que a atmosfera terrestre, o campo magnético, o clima estável e a biodiversidade estão todos ligados às placas tectônicas. “Faz nosso planeta funcionar da maneira que funciona”, disse Lithgow-Bertelloni.
Para começar, as placas tectônicas ajudaram a Terra a manter um clima habitável por bilhões de anos, apesar do brilho do sol gradualmente. Nosso clima Goldilocks em grande parte resulta de reações químicas entre o dióxido de carbono no ar e os minerais de silicato, que reduz lentamente o nível do gás de efeito estufa na atmosfera, enterrando-o em sedimentos. A maior parte dessa reação silicato-dióxido de carbono acontece nas encostas das montanhas formadas pela colisão de placas.
Além disso, a reciclagem do material entre o manto, a crosta, os oceanos e a atmosfera garante um abastecimento contínuo de elementos essenciais à vida. A tectônica de placas refina o manto, fazendo com que elementos como o fósforo se acumulem na superfície como crosta continental. Esses elementos fertilizam a vida nas águas oceânicas quando as montanhas sofrem as intempéries e são arrastadas pelo mar. E os próprios continentes fornecem propriedades iluminadas pelo sol para novas espécies.
Tão importante quanto, a convecção do manto permite que o calor escape do núcleo da Terra, ajudando o núcleo a gerar um campo magnético. O campo se estende muito no espaço e protege a atmosfera de ser erodida por tempestades solares.
Mas a infância da Terra foi diferente.
A decadência radioativa tornou o interior da Terra primitiva muito mais quente do que é hoje, então sua crosta estava flácida. Por décadas, os cientistas debateram quando o núcleo esfriou o suficiente para a crosta endurecer em placas que começaram a se mover, se separar, colidir e mergulhar. Saber quando essa transição fatídica ocorreu “nos permitiria entender melhor o que levou a certas mudanças na evolução da vida, como chegamos ao sistema atual, … como nosso planeta funciona hoje”, disse Lithgow-Bertelloni.
Um recorde rochoso
Decifrar os anos de formação do nosso planeta é difícil. Rochas de bilhões de anos atrás não são apenas raras, mas também torturadas pelo tempo e pela tectônica. Eles fornecem vislumbres desconexos e potencialmente enganosos do passado.
Vários cientistas argumentaram que as placas tectônicas operam desde pelo menos 4 bilhões de anos atrás. Eles baseiam isso em cristais minúsculos de 4 bilhões de anos, cuja química se assemelha à das rochas modernas produzidas em zonas de subducção. Mas outros pesquisadores rebatem que esses cristais poderiam ter se formado de outras maneiras.
Outros levantaram a hipótese de que as placas tectônicas começaram recentemente, geologicamente falando. Eles apontam para tipos de rochas conhecidas por se formarem em zonas de colisão de placas modernas que nunca parecem ter mais de 0,7 bilhão de anos. Se não houver nenhum exemplo antigo dessas rochas, então as placas tectônicas também devem ser jovens, prossegue o argumento.
Jonas Tusch
A aparência dessas rochas pode refletir mudanças que aconteceram após o início das placas tectônicas, no entanto, como o resfriamento lento do interior da Terra.
Até certo ponto, disseram os pesquisadores, a discordância sobre o tempo ilustra como as placas tectônicas em si mudaram com o tempo. Em vez de experimentar uma mudança repentina de desligado para ligado, a atividade tectônica provavelmente evoluiu gradualmente em direção à sua forma moderna.
No entanto, dados significativos recolhidos na última década sugerem que um grande ponto de inflexão nessa evolução aconteceu há cerca de 3,2 bilhões de anos, em meados do éon arqueano. A inflexão aparece em várias linhas de evidência.
Rastreadores geoquímicos indicam que oxigênio, dióxido de carbono e água começaram a se mover entre a atmosfera e o manto após esse tempo. O volume da crosta continental estável também aumentou. Apenas os diamantes que se formaram após essa data contêm partículas de eclogita, uma rocha forjada com material arrastado da superfície da Terra. E as lavas chamadas komatiítas, que estavam superaquecidas no momento da erupção, começam a desaparecer do registro rochoso, sinalizando ainda mais que o manto havia começado a circular.
Dois artigos gigantes publicados em 2020 por equipes diferentes revisaram as evidências e concluíram independentemente que as placas tectônicas começaram a funcionar há cerca de 3,2 bilhões de anos. O registro da Terra permanece ambíguo e, para alguns, o debate continua. Mas as novas descobertas do tungstênio fornecem uma “impressão digital química”, disse Collins, em apoio ao consenso emergente.
Sinal da infância da Terra
Em 2015, na Universidade de Colônia, Tusch e Münker desenvolveram uma nova maneira de sondar o início das placas tectônicas. Eles se concentraram no tungstênio-182, um isótopo de tungstênio que foi formado pela decadência radioativa do háfnio-182 dentro de 60 milhões de anos após a formação do sistema solar. “É um vestígio dos primeiros 60 milhões de anos da Terra”, disse Münker.
O tungstênio-182 deve ser relativamente abundante nas rochas do início da história da Terra. Uma vez que as placas tectônicas começaram, no entanto, a agitação convectiva do manto teria misturado o tungstênio-182 com os outros quatro isótopos de tungstênio, produzindo rochas com valores uniformemente baixos de tungstênio-182.
Jonas Tusch
Tusch e Münker desenvolveram um novo método poderoso para extrair pequenos vestígios de tungstênio de rochas antigas. Em seguida, foram procurar as pedras.
Primeiro, eles analisaram rochas arqueanas coletadas na região de Isua, no oeste da Groenlândia. Tusch passou 11 meses analisando as amostras, mas no final seus dados de tungstênio-182 eram planos, sem variação significativa entre as amostras. Os pesquisadores presumiram que as rochas da Groenlândia foram deformadas e aquecidas em sua história, embaralhando suas informações geoquímicas.
Eles precisavam de pedras melhores, então foram para Pilbara, na Austrália Ocidental. “Tem algumas das rochas arqueanas mais bem preservadas de todo o planeta”, disse Münker. “Eles não viram muito aquecimento quando comparados com rochas semelhantes daquela idade.”
“Eu estava realmente interessado em encontrar amostras que não exibiam o mesmo valor continuamente”, disse Tusch.
Guiado pelo co-autor Martin Van Kranendonk, da University of New South Wales, a equipe cruzou o Outback em caminhões off-road, visitando afloramentos vermelho-ferrugem onde a rocha vulcânica antiga e a vegetação se imitam: arbustos de Spinifex nos afloramentos são parte de sílica , tornando-os pontiagudos e intragáveis para tudo, exceto para os cupins. Eles martelaram uma promissora meia tonelada de rochas e lavas que se formaram entre 2,7 bilhões e 3,5 bilhões de anos atrás.
Jonas Tusch
De volta à Alemanha, Tusch começou a trabalhar. Ele usou uma serra de pedra para obter a pedra fresca dentro de cada amostra, então poliu algumas fatias até a metade da largura de um cabelo humano para torná-las translúcidas para a microscopia. Ele esmagou o resto e concentrou o tungstênio, então analisou as razões dos isótopos de tungstênio em um espectrômetro de massa.
Ao longo de quase dois anos, os resultados se espalharam. Desta vez, as razões de isótopos não eram planas. “Foi muito bom ver”, comentou Tusch.
As concentrações de tungstênio-182 começaram altas nas rochas formadas antes de 3,3 bilhões de anos atrás, mostrando que o manto ainda não estava se misturando. Então, os valores declinaram ao longo de 200 milhões de anos, até atingirem os níveis modernos de 3,1 bilhões de anos atrás. Esse declínio reflete a diluição do antigo sinal de tungstênio-182 quando o manto abaixo de Pilbara começou a se misturar. Essa mistura mostra que as placas tectônicas começaram.
A Terra rapidamente se transformaria de um mundo aquático repleto de ilhas vulcânicas como a Islândia em um mundo de continentes com montanhas, rios e planícies aluviais, lagos e mares rasos.
Um novo mundo feito para a vida
A data de início de aproximadamente 3,2 bilhões de anos atrás ajuda a esclarecer como as placas tectônicas impactaram a vida na Terra.
A vida começou antes, há mais de 3,9 bilhões de anos, e estava formando pequenas pilhas gigantescas em sedimentos em Pilbara, chamados de estromatólitos, há 3,48 bilhões de anos. Isso mostra que as placas tectônicas não são um pré-requisito para a vida em seu nível mais básico. No entanto, provavelmente não é coincidência que a vida se diversificou assim que as placas tectônicas começaram.
Com as placas tectônicas vieram os mares rasos iluminados pelo sol e lagos fertilizados com nutrientes intemperizados das rochas continentais. As bactérias evoluíram nesses ambientes para coletar a luz solar por meio da fotossíntese, gerando oxigênio.
Micha L. Rieser
Por mais meio bilhão de anos, esse oxigênio mal permaneceu como um sopro no céu, em parte porque reagiu imediatamente com o ferro e outros produtos químicos. Além disso, cada molécula de oxigênio gerada na fotossíntese é correspondida por um átomo de carbono, e estes se recombinam facilmente em dióxido de carbono sem ganho líquido de oxigênio na atmosfera, a menos que o carbono esteja enterrado.
Gradualmente, porém, as placas tectônicas forneceram a terra e os sedimentos para enterrar mais e mais carbono (ao mesmo tempo que fornecia bastante fósforo para estimular as bactérias fotossintéticas). A atmosfera acabou sendo oxigenada há 2,4 bilhões de anos.
O oxigênio preparou o planeta para o surgimento de plantas, animais e quase tudo o mais com um metabolismo baseado no oxigênio. A vida maior e mais complexa que os micróbios requer mais energia, e os organismos podem produzir muito mais da molécula vital e carregadora de energia chamada ATP com oxigênio do que sem ele. “O oxigênio é muito importante para o que consideramos uma vida complexa”, disse Athena Eyster, do Massachusetts Institute of Technology.
O progresso em direção à complexidade estagnou durante a era do “bilhão entediante”, o reinado de aproximadamente um bilhão de anos do supercontinente Nuna-Rodínia. Com os continentes presos em um congestionamento, argumentam Ming Tang, da Universidade de Pequim, as montanhas foram completamente erodidas, reduzindo o fluxo de nutrientes para o oceano e baixando os níveis de oxigênio.
Por fim, o supercontinente se separou e novas montanhas cresceram e exportaram nutrientes novamente. Só então – cerca de 600 milhões de anos atrás – organismos complexos se diversificaram e ficaram maiores, acompanhando o segundo aumento de oxigênio da Terra.
A vida animal complexa explodiu nos oceanos há 540 milhões de anos e na terra pouco depois. A terra seca agora era habitável porque o oxigênio na estratosfera formava ozônio que protegia a vida terrestre da radiação ultravioleta.
“Potencialmente, há muitos outros planetas que são análogos para um mundo arqueano, talvez sem placas tectônicas, que podem ter vida”, disse Eyster, mas “pode ser muito mais difícil ter vida complexa em um planeta sem placas tectônicas. ”
Considere Marte. Marte e a Terra eram bastante semelhantes durante o primeiro bilhão de anos. Mas Marte nunca desenvolveu placas tectônicas, possivelmente porque é menor que a Terra, então sua pressão interna foi insuficiente para conduzir a convecção do manto em grande escala. Em vez disso, desenvolveu rapidamente uma crosta espessa que não favorece a formação de placas móveis. Hoje, Marte está enferrujado, com pouca água na superfície, nenhum campo magnético e atmosfera escassa.
Mas para as placas tectônicas, esse também pode ter sido o destino da Terra.
Publicado em 26/03/2021 11h01
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