Encontrado em joias, pea§as de automa³veis, pigmentos e reações químicas industriais, o cromo meta¡lico e seus compostos são frequentemente empregados por sua cor, acabamento e propriedades anticorrosivas e catala­ticas. Atualmente, geocientistas e paleoceana³grafos do MIT e do Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) estãoprocurando adicionar outro uso a essa lista: como uma forma de examinarmudanças químicas nos oceanos e na atmosfera da Terra antiga que são preservadas no paleorregistro do fundo do mar. Mais especificamente, eles querem reconstruir os na­veis crescentes de oxigaªnio atmosfanãrico, que começam hácerca de 2,4 bilhaµes de anos, e seus efeitos nos mares. Visto que a biologia e o meio ambiente estãointimamente ligados, essas informações podem ajudar a iluminar como a vida e o clima da Terra evolua­ram.

Embora os pesquisadores tenham aplicado amplamente o cromo como uma ferramenta para entender o registro das rochas em torno dessa transição global, eles ainda estãodescobrindo o que significam os diferentes sinais qua­micos. Isso éespecialmente verdadeiro para a avaliação de sedimentos oceânicos, que podem revelar onde e quando o oxigaªnio começou a penetrar e se formar nos oceanos. No entanto, os paleocientistas não compreendiam amplamente como traa§os de cromo interagem e circulam mecanicamente nos mares oxigenados modernos, quanto mais nos oceanos primitivos - um componente essencial para qualquer interpretação - atéagora.

Uma pesquisa publicada recentemente no Proceedings of the National Academy of Sciences e liderada pelo estudante de pós-graduação do MIT-Woods Hole Oceanographic Institution Joint Program, Tianyi Huang, investigou a promessa do metal traa§o como um paleoproxi para oxigaªnio. Para isso, a equipe rastreou como os isãotopos de cromo sensa­veis ao oxigaªnio circulavam e como eles eram quimicamente oxidados ou reduzidos em uma porção de águadeficiente em oxigaªnio no Oceano Paca­fico tropical, um ana¡logo dos primeiros mares anaera³bicos. Suas descobertas ajudam a validar o rastreamento de cromo como um instrumento confia¡vel na caixa de ferramentas de geologia.

"As pessoas viram que os isãotopos de cromo nos registros geola³gicos meio que rastreiam os na­veis de oxigaªnio atmosfanãrico . Mas, como vocêestãousando algo que estãoenterrado nos sedimentos para interpretar o que estãoacontecendo na atmosfera, háum elo perdido no meio, e esse éo oceano ", diz Huang. Além disso, "como os ciclos de cromo podem mudar nossas interpretações dos registros geola³gicos."

"A evolução do oxigaªnio na Terra éconhecida apenas de forma grosseira, mas écrucial para o desenvolvimento e sobrevivaªncia da vida multicelular complexa", disse Ed Boyle, professor de geoquímica ocea¢nica do Departamento de Ciências da Terra, Atmosfanãricas e Planeta¡rias do MIT (EAPS ); Diretor do Programa Conjunto MIT-WHOI; e coautor do estudo, junto com Simone Moos Ph.D. '18 da Elementar Corporation. "Além disso, háuma preocupação constante com a redução dos na­veis de oxigaªnio oceânicos nos oceanos nas últimas décadas, e precisamos de ferramentas para entender melhor a dina¢mica do oxigaªnio no oceano."

Ha¡ bilhaµes de anos, quando a Terra e sua atmosfera eram essencialmente desprovidas de oxigaªnio molecular (O2), as reações químicas e o metabolismo biola³gico teriam ocorrido em um ambiente anaera³bio quimicamente reduzido. Durante o Grande Evento de Oxidação, que ocorreu ao longo de milhões de anos, os na­veis de oxigaªnio aumentaram em todo o planeta e a vida mudou de acordo. Além disso, o ambiente tornou-se em grande parte oxidado, enfrentando processos de estresse como ferrugem e radicais livres.

Algumas evidaªncias tem mostrado que reações químicas envolvendo cromo rastreiam esse processo, por meio de efeitos sobre seus isãotopos, cromo-52 e cromo-53, e seus estados de oxidação, principalmente o trivalente, forma reduzida de Cr (III) e um hexavalente oxidado Cr ( VI). Este último émais prova¡vel de ser encontrado na águado mar desuperfÍcie oxigenada e éconsiderado um perigo para a saúde e o meio ambiente. Estudos anteriores mostraram que a parte superior do oceano tende a ter mais isãotopos mais pesados ​​do que mais leves, sugerindo alguma absorção preferencial por microrganismos marinhos. O problema, observa Huang, éque, depois que o cromo entra nos oceanos pelos rios, os cientistas não sabem realmente os mecanismos por trás dessas observações e se as tendaªncias são consistentes. Nas a¡guas com deficiência de oxigaªnio de hoje, diz ela, "o cromo pode ser potencialmente reduzido,

Para investigar esses fena´menos, Huang juntou-se a dois cruzeiros de pesquisa na zona de deficiência de oxigaªnio (ODZ) do Oceano Paca­fico Norte tropical oriental e reuniu perfis verticais de amostras de águado mar até3.500 metros de um transecto do mar. Algumas dessas amostras de águado mar foram congeladas para serem analisadas quanto a s concentrações de cromo trivalente e hexavalente. Depois de serem enviadas de volta ao laboratório, essas amostras foram descongeladas e purificadas. A equipe analisou a composição isota³pica das amostras de Cr (III). Eles então acidificaram as amostras de Cr (VI) para convertaª-las em Cr (III) antes de realizar a mesma análise isota³pica de antes. Os pesquisadores também mediram o cromo total nas amostras para ser capaz de contabilizar quaisquer transformações químicas ou migração dentro da ODZ. Com a adição de dados de outro cruzeiro, Boyle, Moos,

Os oceana³grafos encontraram um padra£o. NasuperfÍcie, oceano oxigenado, o cromo hexavalente foi consumido, provavelmente pela vida microbiana, e transportado para as profundezas do ODZ. Por volta dos 200 metros, o metal começou a se acumular na águado mar, e o isãotopo mais leve, o cromo-52, foi preferencialmente reduzido. Essa profundidade coincide com os micróbios anaera³bios desnitrificantes que produzem nitrito. Huang diz que isso pode ser um sinal de que os ciclos de nitrogaªnio e cromo estãoentrelaa§ados, mas isso não exclui outros mecanismos bia³ticos ou abia³ticos, como a redução pelo ferro, que podem estar afetando os registros de sedimentos oceânicos.

O cromo não fica aqui para sempre, no entanto. Embora os dados mostrassem que a maior parte dele permaneceu na zona deficiente de oxigaªnio, que se estende de 90 a 800 metros, por cerca de 20-50 anos, uma pequena porção dele anexada apartículas que afundam, afundou no oceano profundo, onde hámais oxigaªnio dissolvido , e posteriormente oxidado de volta ao cromo hexavalente. Aqui, ele poderia comea§ar a incorporar e interagir com sedimentos.

"Eu acho que éemocionante podermos determinar as espanãcies de cromo [oxidação] e, a partir disso, podermos calcular seu fracionamento de isãotopos", diz Huang. "Ninguanãm fez isso dessa forma antes."

Seu trabalho, diz Huang, ajuda a validar o cromo como um indicador de diferentes ambientes redox. "Estamos vendo este sinal e não estãodesaparecendo." Além disso, parece consistente ao longo das estações. No entanto, a equipe ainda não estãoconvencida. Eles planejam testar isso em outras zonas com deficiência de oxigaªnio ao redor do mundo para ver se uma assinatura semelhante de cromo aparece, bem como investigar a composição daspartículas que transportam o cromo trivalente e asuperfÍcie dos sedimentos do oceano , a fim de obter um imagem mais completa do envolvimento do oceano.

Por enquanto, eles desaconselham tirar conclusaµes, mas são cautelosamente otimistas sobre seu potencial. "Acho que as pessoas precisam interpretar esse proxy com mais cautela", disse Huang. "Pode não ser puramente o oxigaªnio atmosfanãrico que estãodeterminando a medição, mas pode haver outros processos [bia³ticos ou abia³ticos] no oceano que podem alterar seus paleo-registros." Portanto, eles sugerem não ler muito os sinais de cromo no paleo-registro ainda.