A Terra é cerca de 29% de terra e 71% de oceanos. Quão significativo é esse mix para a habitabilidade? O que isso nos diz sobre a habitabilidade de exoplanetas?
Existem muito poucos lugares na Terra onde a vida não tem um ponto de apoio. Múltiplos fatores contribuem para a habitabilidade geral do nosso planeta: água líquida abundante, placas tectônicas, composição da massa, proximidade do Sol, magnetosfera, etc.
Qual é o papel da razão entre oceanos e terra?
Nossa compreensão da habitabilidade é bastante grosseira neste momento, embora seja baseada em evidências. Contamos com a zona habitável em torno das estrelas para localizar exoplanetas potencialmente habitáveis. É um fator fácil de determinar a uma grande distância e se baseia no potencial de água líquida nos planetas.
Ainda estamos desenhando uma imagem maior e mais detalhada da habitabilidade, e sabemos que coisas como placas tectônicas, composição em massa, magnetosfera, composição e pressão atmosférica e outros fatores desempenham um papel na habitabilidade.
Mas e a proporção entre oceanos e terra de um planeta?
Um novo estudo examina essa proporção em detalhes. O estudo é “Diversidade de frações terrestres em planetas semelhantes à Terra e implicações para sua habitabilidade”. O artigo foi submetido à revista Astrobiology e está disponível no site de pré-impressão arxiv.org. Ainda não foi revisado por pares.
Os autores são Dennis Höning e Tilman Spohn. Höning é do Potsdam Institute for Climate Impact Research, na Alemanha, onde se concentra na interface entre a física planetária e as ciências do Sistema Terrestre.
Spohn é o Diretor Executivo do Instituto Internacional de Ciências Espaciais em Berna, Suíça. Spohn também foi o investigador principal do instrumento “mole” da sonda InSight, o Heat Flow and Physical Properties Package (HP3).
As placas tectônicas e fatores relacionados estão na raiz do problema. A tectônica de placas é o movimento das placas continentais na superfície da Terra à medida que elas se deslocam no topo do manto.
A tectônica de placas ainda é uma área ativa de pesquisa e, mesmo com tudo o que aprendemos, ainda há muito que os cientistas não sabem.
Um dos fatores críticos na tectônica de placas é o princípio da “correia transportadora”. Ele diz que, à medida que as placas são subduzidas de volta ao manto em limites convergentes de placas, uma nova crosta oceânica é criada em limites divergentes, chamados de espalhamento do fundo do mar. O resultado é que a relação terra-oceano da Terra permanece consistente.
Com essa proporção permanecendo consistente, outros fatores também permanecem consistentes. E se esses fatores estimulam a biosfera, isso é bom para a habitabilidade. Uma dessas coisas são os nutrientes.
A terra exposta está sujeita ao intemperismo, que move nutrientes ao redor do globo. As plataformas continentais da Terra são áreas biologicamente ricas. Uma razão é que todo o escoamento de nutrientes dos continentes acaba nas prateleiras. Assim, os continentes e suas plataformas contêm a maior parte da biomassa da Terra, enquanto há muito menos no oceano profundo.
O calor é outro fator nas placas tectônicas e habitabilidade. Os continentes atuam como um cobertor sobre o manto, ajudando a Terra a reter o calor. Mas esse efeito de cobertura é moderado pelo esgotamento de elementos radioativos no manto.
O decaimento radioativo de elementos como o urânio no manto cria calor que é aprisionado pelo efeito do cobertor dos continentes.
Ao mesmo tempo, a renovação da crosta através da tectônica traz mais desses elementos para a crosta, onde seu calor é liberado com mais eficiência.
O ciclo de carbono da Terra também é fundamental para sustentar a vida. Esse ciclo é afetado pelas placas tectônicas e também pela razão terra-oceano. O intemperismo dos continentes remove carbono da atmosfera aproximadamente em equilíbrio com o carbono emitido do manto pelos vulcões.
Depois, há o conteúdo de água no manto. Mais água no manto diminui a viscosidade do manto, definida como resistência ao fluxo. O conteúdo de água do manto faz parte de um ciclo de feedback com a temperatura do manto. À medida que mais água entra no manto, ela flui mais facilmente. Isso aumenta a convecção, que libera mais calor do manto.
Como o artigo explica, todos esses fatores estão relacionados, geralmente em ciclos de feedback.
Todos esses fatores e outros se combinam na Terra para criar uma habitabilidade robusta. Se a proporção de terra para água da Terra fosse tendenciosa para mais terra, então o clima seria muito mais seco, e grandes porções dos continentes poderiam ser desertos frios e secos, e a biosfera poderia não ser grande o suficiente para produzir uma atmosfera rica em oxigênio.
Por outro lado, se houvesse muito mais água, pode haver falta de nutrientes do intemperismo continental. Essa falta de nutrientes também proíbe uma biosfera grande o suficiente necessária para produzir a atmosfera rica em oxigênio necessária para a vida complexa e uma biosfera mais rica.
Há uma quantidade extraordinária de detalhes na tectônica da Terra e é impossível modelar tudo. Especialmente porque os cientistas não chegaram a um consenso sobre muitos dos detalhes. Muito disso está escondido dos pesquisadores. Eles ainda não têm evidências suficientes para tirar conclusões sólidas.
Este estudo baseou-se em modelagem científica para entender como os planetas têm diferentes proporções terra-oceano.
Höning e Spohn modelaram os três principais processos que criam a relação terra-oceano: crescimento da crosta continental, troca de água entre os reservatórios sobre e acima da superfície (oceanos, atmosfera) e no manto e resfriamento por convecção do manto.
Do estudo:
“Esses processos estão ligados por convecção do manto e placas tectônicas com:
– fusão e vulcanismo relacionados à zona de subducção e erosão continental que governa o crescimento dos continentes;
– desgaseificação da água do manto por vulcanismo e regaseificação por subducção governando o orçamento de água;
– transferência de calor por convecção do manto que governa a evolução térmica.”
Os autores chegaram a uma conclusão fundamental. a propagação da cobertura continental em planetas semelhantes à Terra é determinada pelas respectivas forças de feedback positivo e negativo no crescimento continental e pela relação entre cobertura térmica e esgotamento de isótopos radioativos sobre o crescimento da crosta continental?, escrevem eles.
“A incerteza nesses valores de parâmetros representa a principal incerteza no modelo.”
Esses ciclos de feedback estarão presentes em qualquer planeta com atividade tectônica e água. A força relativa desses loops é difícil de quantificar. Há provavelmente um número desconcertante de fatores em jogo em toda a população de exoplanetas.
Nenhum pesquisador pode modelar cada fator, mas esta pesquisa se resume aos ciclos de feedback entre todos os fatores e se eles são positivos ou negativos.
Forte feedback negativo “… levaria a uma evolução amplamente independente das condições iniciais e da história inicial do planeta, o que implicaria um único valor atual estável da área de superfície continental”, concluem.
No entanto, fortes ciclos de feedback positivo criam resultados diferentes. “Para um feedback positivo forte, no entanto, o resultado da evolução pode ser bem diferente dependendo das condições iniciais e da história inicial”, escrevem eles.
A questão é: esses mesmos ciclos de feedback moldam exoplanetas? Os exoplanetas com placas tectônicas também podem alcançar um equilíbrio entre a cobertura terrestre e oceânica? Um planeta do tamanho da Terra e com um orçamento de calor semelhante terminará semelhante à Terra, com sua estabilidade que possibilita a vida?
Em primeiro lugar, a pesquisa mostra que planetas terrestres e planetas oceânicos são possíveis, o que não deve ser uma surpresa. E, claro, sabemos que planetas mistos como a Terra são possíveis.
Em um artigo anterior, o mesmo par de autores concluiu que os planetas terrestres são o resultado mais provável. O próximo resultado mais provável são os planetas oceânicos.
Os autores apontam que há incertezas em todo esse trabalho, é claro, e que faltam dados. Ainda assim, seu trabalho lança luz sobre os mecanismos que criam diferentes proporções de terra para oceano nos planetas.
“Nossa discussão visa fornecer uma melhor compreensão qualitativa dos processos de feedback; admitimos a falta de dados para uma compreensão detalhada das diferenças quantitativas”, escrevem.
Outros pesquisadores também abordaram esse problema. Um estudo de 2015 analisou planetas em torno de anãs M, o tipo mais comum de estrela na Via Láctea, e onde provavelmente encontraremos mais exoplanetas.
Esse estudo encontrou uma distribuição bimodal semelhante da área de terra emergida, com a maioria dos planetas tendo sua superfície inteiramente coberta de água ou com significativamente menos água superficial do que a Terra?, escrevem os autores.
Esse estudo, no entanto, analisou outros fatores e não se concentrou apenas no crescimento continental.
O que este estudo significa para a Terra? Como podemos responder à pergunta da manchete: “Qual é a melhor mistura de oceanos para terra para um planeta habitável?”
Por mais antropocêntrico ou terracêntrico que possa parecer, poderíamos estar vivendo da resposta.
Publicado em 28/11/2022 09h51
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