Há cerca de 2,5 mil milhões de anos, o oxigênio livre, ou O2, começou 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 a acumulação inicial de O 2 na Terra não foi tão simples como o nome sugere, de acordo com uma nova investigação liderada por um geoquímico da Universidade de Utah.

Este “evento” durou pelo menos 200 milhões de anos. E acompanhar a acumulação de O 2 nos oceanos tem sido muito difícil até agora, disse Chadlin Ostrander, professor assistente no Departamento de Geologia e Geofísica.

"Dados emergentes sugerem que o aumento inicial de O2 na atmosfera da Terra foi dinâmico, desenrolando-se aos trancos e barrancos até talvez há 2,2 mil milhões de anos", disse Ostrander, autor principal do estudo publicado a 12 de Junho na revista Nature. “Nossos dados validam essa hipótese, indo até um passo além ao estender essa dinâmica ao oceano”.

A sua equipa de investigação internacional concentrou-se nos xistos marinhos do Supergrupo Transvaal da África do Sul, produzindo conhecimentos sobre a dinâmica da oxigenação dos oceanos durante este período crucial da história da Terra. Ao analisar proporções estáveis de isótopos de tálio (Tl) e elementos sensíveis a redox, eles descobriram evidências de flutuações nos níveis de O 2 marinho que coincidiram com mudanças no oxigênio atmosférico.

Estas descobertas ajudam a avançar na compreensão dos processos complexos que moldaram os níveis de O2 da Terra durante um período crítico na história do planeta que abriu o caminho para a evolução da vida tal como a conhecemos.

"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. "Portanto, conhecer o conteúdo de O2 dos oceanos e como ele 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. Num estudo de 2021 , a sua equipa de cientistas descobriu que o O 2 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.

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 O2 atmosférico.

Durante a primeira metade da existência da Terra, a sua atmosfera e oceanos foram em grande parte desprovidos de O2. Este gás estava a ser 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 aumentos e quedas de O2 na atmosfera durante o GOE. Este não foi um “evento” único.

"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 ser propícia à oxigenação", disse Ostrander. "É como uma gangorra. Você tem produção de oxigênio, mas há tanta destruição de oxigênio que nada está acontecendo. Ainda estamos tentando descobrir quando inclinamos completamente a balança e a Terra não poderia voltar para uma atmosfera anóxica. "

Para mapear os níveis de O 2 no oceano durante o GOE, a equipa de investigação baseou-se na 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.

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 do 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 as flutuações atmosféricas de O2 durante o GOE com raros isótopos de enxofre.

Nos xistos, Ostrander e sua equipe encontraram enriquecimentos perceptíveis no isótopo de tálio de massa mais leve ( 203 Tl), 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: os enriquecimentos de 203 Tl desaparecem quando as raras assinaturas de isótopos de enxofre retornam. Estas 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."