A pesquisa parcialmente conduzida na Fonte Avana§ada de Fa³tons ajudou os cientistas a descobrir a composição da primeira atmosfera da Terra. O que eles descobriram levanta questões sobre a origem da vida na Terra.

Ha¡ muito tempo, quando nosso sistema solar estava se transformando nos planetas que conhecemos hoje, a Terra era essencialmente uma bola gigante de lava derretida. Aproximadamente 4,5 bilhaµes de anos atrás, os cientistas acreditam que a Terra colidiu com um planeta do tamanho de Marte. A energia dessa colisão catastra³fica explodiu a atmosfera existente da Terra no Espaço, criou nossa Lua e fez com que todo o planeta derretesse.

Com o tempo, esse oceano de magma mundial liberou gases como nitrogaªnio, hidrogaªnio, carbono e oxigaªnio, criando uma nova atmosfera, a versão mais antiga da que temos hoje. Mas como era exatamente aquela atmosfera primitiva? E por que nossa atmosfera agora étão diferente daquela de nossos vizinhos ca³smicos? Essas perguntas deixaram os cientistas perplexos por gerações, mas as respostas nos escaparam atérecentemente.

Agora, uma equipe internacional de cientistas explorando as origens da atmosfera da Terra descobriu que a nossa já foi muito semelhante a  atmosfera encontrada em Vaªnus e Marte hoje. Suas descobertas, publicadas recentemente na revista Science Advances , tem implicações que va£o muito além da composição química da atmosfera primitiva da Terra, pois os resultados abrem buracos em uma teoria popular da evolução da própria vida.

Acontece que as pistas da atmosfera primitiva da Terra foram enterradas em nossas rochas mais antigas. O que foi necessa¡rio para descobri-los foi uma fornalha a laser, uma bola de lava levitante e a Advanced Photon Source (APS), uma instalação do Departamento de Energia dos EUA (DOE) para usuários do Office of Science no Laborata³rio Nacional de Argonne do DOE.

A equipe de pesquisa, liderada por Paolo Sossi, agora pesquisador saªnior da Eidgena¶ssische Technische Hochschule (ETH) Za¼rich e do Centro Nacional de Competaªncia em Pesquisa (NCCR) PlanetS, decidiu desvendar esses segredos. Embora eles não tivessem como medir a atmosfera antiga da Terra diretamente, eles encontraram uma maneira de medir a composição exata da atmosfera quando as rochas mais antigas da Terra foram formadas.

"Quatro bilhaµes e meio de anos atrás, o magma - a rocha derretida que agora estãosob a crosta terrestre - trocava gases constantemente com a atmosfera subjacente", explicou Sossi. "O ar e o magma influenciaram um ao outro. Então, vocêpode aprender um com o outro."

Conforme o magma esfria e se transforma em rocha, ele mantanãm um registro de como era a atmosfera naquela anãpoca. O magma érico em ferro, e o estado de oxidação do ferro nas rochas (essencialmente a composição química de sua ferrugem) da¡ aos cientistas uma indicação de como era a atmosfera primitiva da Terra e quanto oxigaªnio estava dispona­vel na anãpoca. Quando hámais oxigaªnio na atmosfera, o ferro se liga ao oxigaªnio na proporção de 2: 3, e a atmosfera érica em nitrogaªnio e dia³xido de carbono. Quando menos oxigaªnio estãodispona­vel, a proporção éde 1: 1 e a atmosfera contanãm mais metano e ama´nia.

No entanto, para entender a composição exata da atmosfera primitiva da Terra, os cientistas precisaram essencialmente criar uma versão em miniatura da Terra primitiva (e sua atmosfera) no laboratório. Para fazer isso, eles reuniram os componentes elementares do manto primitivo da Terra (conhecido pelos gea³logos em peridotito), aqueceram-no com um laser atése tornar lava derretida e então levitaram esta bola de lava derretida em um fluxo de gás que representava o atmosfera.

Quando a lava esfriou, a bola de vidro do tamanho de um ma¡rmore que permaneceu prendeu um registro da reação química entre a lava e a atmosfera no ferro que ela continha. Os avanços tecnola³gicos que tornaram esse experimento possí­vel são surgiram recentemente. Para derreter o peridotito, vocêprecisa deixa¡-lo muito, muito quente - quase 2.000 ° C - e tempera¡-lo rapidamente para preservar a química em altas temperaturas. A capacidade de fazer isso foi possí­vel com o desenvolvimento de uma nova técnica de forno a laser.

Os cientistas repetiram o experimento várias vezes usando várias composições químicas de gases que poderiam ter existido na atmosfera primitiva, então estudaram o estado de oxidação do ferro nas amostras, procurando por aquelas que mais se assemelhavam a s encontradas nas rochas do manto da Terra. A comparação do estado de oxidação do ferro em rochas naturais com os formados em laboratório deu aos cientistas uma ideia de qual de suas misturas de gás combinava com a atmosfera primitiva da Terra.

"Descobrimos que a atmosfera que calculamos estar presente na Terra bilhaµes de anos atrás era semelhante em composição a  que encontramos em Vaªnus e Marte hoje", disse Sossi, que sabia que tinha a composição atmosfanãrica correta quando o estado de oxidação do ferro em sua amostra correspondeu a s encontradas em rochas antigas do manto da Terra. "Quando vocêtem uma atmosfera produzida a partir do magma no estado de oxidação correto, vocêobtanãm uma composta de cerca de 97% de dia³xido de carbono e 3% de nitrogaªnio quando esfria, a mesma proporção encontrada hoje em Vaªnus e Marte."

Durante anos, gea³logos recorreram a  APS para estudar a composição das rochas e o estado de oxidação do ferro nelas contido. Uma linha de luz em particular no APS gerenciada por cientistas da Universidade de Chicago, GeoSoilEnviroCARS (13-ID-E), tornou-se lider mundial neste tipo de pesquisa e análise. Quando chegou a hora de os cientistas terem suas amostras analisadas, havia um lugar a³bvio para onde ir.

"O APS nos da¡ a capacidade de fazer feixes muito pequenos com os quais podemos fazer esse tipo de análise", disse Matt Newville, pesquisador saªnior e cientista de linha de luz da APS e autor do artigo. A linha de luz na qual ele trabalha pode focar seus feixes em até1 ma­cron de dia¢metro - cerca de 50 vezes menor que a largura de um cabelo humano - dando aos cientistas a capacidade de fazer medições muito precisas e precisas de suas amostras.

"Fazemos esse tipo de análise em rochas o tempo todo, mas essas foram amostras incrivelmente bem criadas", disse Newville. "O fato de eles terem conseguido essas amostras que eram muito boas em simular o efeito da atmosfera inicial érealmente incra­vel."

Essas amostras não apenas fornecem uma maneira de medir a composição da antiga atmosfera da Terra, mas também impaµem algumas restrições geola³gicas a uma teoria popular da origem da vida. Na década de 1950, Stanley Miller conduziu um experimento inovador na Universidade de Chicago mostrando que os aminoa¡cidos - os blocos de construção da vida - se formariam em um ambiente com águala­quida e ar rico em metano e ama´nia quando eletrocutados para simular raios. Na anãpoca, essas eram as condições que se acreditava existirem na Terra primitiva.

No entanto, se a atmosfera primitiva da Terra fosse rica em dia³xido de carbono e nitrogaªnio, como indica essa nova pesquisa, seria mais difa­cil a formação desses aminoa¡cidos.

Esses experimentos também ajudaram a responder a perguntas sobre por que a atmosfera atual da Terra étão diferente de nossos planetas vizinhos. Na Terra, a águala­quida formou-se a partir dessa atmosfera formada por magma, puxando o dia³xido de carbono do ar para os oceanos em formação. Sossi disse que, como todos os três planetas - Terra, Vaªnus e Marte - foram formados de materiais semelhantes, foram os efeitos combinados da grande massa da Terra e sua distância particular do Sol que permitiram reter águala­quida em suasuperfÍcie, o que então causou uma redução de dia³xido de carbono. Ao passo que esse não era o caso em Vaªnus porque estava muito quente, ou em Marte porque estava muito frio.

Agora que Sossi descobriu que tipo de atmosfera se forma a partir de um magma-Terra, ele estãovoltando seus olhos para as estrelas. Usando uma modificação dessa técnica experimental, ele espera encontrar uma maneira de medir a composição atmosfanãrica usando infravermelho para que um dia possamos usar satanãlites para estudar mundos de magma que podem realmente existir em outros sistemas solares hoje.