A Terra pode ter criado uma quantidade substancial de sua própria água durante sua formação, em vez de depender totalmente de cometas, meteoritos ou outros objetos para trazê-la do espaço. Novas pesquisas publicadas na Nature Geoscience sugerem que reações químicas entre pedrinhas rochosas e a atmosfera rica em hidrogênio da jovem Terra poderiam ter produzido enormes quantidades de água.
A descoberta oferece uma nova explicação para como nosso planeta adquiriu um dos ingredientes mais importantes para a vida. Também levanta a possibilidade de que outros planetas rochosos ao longo do universo possam gerar água através de processos semelhantes, potencialmente tornando mundos habitáveis mais comuns do que se pensava anteriormente.
Pesquisadores da Universidade do Novo México investigaram essa possibilidade recriando algumas das condições extremas que existiam durante a formação da Terra. O estudo foi liderado pela estudante de pós-graduação Susmita Garai, junto com Zachary Sharp, professor e diretor de Ciências da Terra e Planetárias, e Peter Olson. Seus experimentos examinaram o que acontece quando rochas contendo ferro reagem com hidrogênio em temperaturas extremamente altas.
“Ideias anteriores sobre a fonte de água da Terra dependem de uma fonte externa, como cometas ou meteoritos. Aqui mostramos que praticamente qualquer planeta do tamanho da Terra deveria ter água por meio desse mecanismo recém-identificado”, explicou Sharp. “Para avaliar a possibilidade de que a ‘chuva de pedrinhas’ fosse uma fonte de água, precisávamos construir e executar alguns experimentos de alta temperatura muito desafiadores. Os esforços da Dra. Garai compensaram imensamente, pois ela descobriu que a água é produzida em apenas minutos no ambiente de alta temperatura da atmosfera da Terra primitiva.”
Uma Nova Explicação para a Origem da Água na Terra
Durante décadas, os cientistas debateram de onde a água da Terra originalmente veio. Uma teoria proeminente sugere que muito dela foi transportada para o planeta em desenvolvimento por materiais gelados provenientes de regiões mais frias e distantes do sistema solar primitivo.
De acordo com essa explicação, objetos ricos em água, incluindo pequenas pedrinhas geladas, viajaram para dentro e, eventualmente, contribuíram para o suprimento de água da Terra. No entanto, os pesquisadores têm lutado para explicar completamente como material suficiente poderia ter chegado ao nosso planeta a partir de grandes distâncias. Também existem questões não resolvidas sobre se esse processo de entrega explica a composição química da Terra.
O novo estudo investiga uma rota diferente pela qual a água poderia ter aparecido. Em vez de chegar já contida em gelo ou outros materiais, a água pode ter sido produzida diretamente através de reações envolvendo os ingredientes rochosos que formaram a Terra e os gases que a cercavam.
Durante as primeiras etapas do planeta, inúmeras pequenas peças de rocha se uniram gradualmente para formar um corpo maior. Os cientistas se referem a esse processo de crescimento como acreção de pedrinhas. À medida que a Terra ganhava massa, poderia ter acumulado uma atmosfera densa contendo grandes quantidades de hidrogênio, com temperaturas e pressões muito mais altas do que as encontradas no planeta hoje.
Nas condições daquele ambiente, pedrinhas rochosas caindo pela atmosfera poderiam ter desencadeado uma notável reação química. O hidrogênio no gás ao redor reagiria com óxido de ferro dentro das rochas silicatadas, transformando o óxido de ferro em ferro metálico e liberando vapor d’água.
Experimentos Revelam que a Água Pode se Formar em Minutos
Para determinar se esse processo poderia realmente ocorrer, os pesquisadores expuseram amostras de rochas silicatadas a temperaturas variando de 1.200 a 1.400 graus Celsius. Eles realizaram experimentos utilizando gás hidrogênio em fluxo e repetiram os testes com hélio para fornecer uma comparação. Cada experimento durou entre 15 minutos e três horas.
Os resultados forneceram fortes evidências de que a reação proposta funciona nessas condições extremas. Quando as rochas foram aquecidas em hidrogênio, quase 80% do óxido de ferro foi transformado em ferro metálico, com vapor d’água produzido durante a reação.
Em contraste, os pesquisadores não observaram a mesma reação quando o hélio foi utilizado em vez do hidrogênio. Essa diferença confirmou que o hidrogênio desempenhou um papel crucial na geração da água.
A rapidez e a escala da reação foram especialmente impressionantes. Embora os cientistas esperassem que alguma água se formasse, os resultados sugeriram que o processo poderia ter sido muito mais produtivo do que o antecipado. Quando estenderam suas descobertas experimentais às condições da Terra primitiva, seus cálculos indicaram que o mecanismo poderia ter gerado a quantidade de água equivalente a centenas de oceanos.
“Suspeitávamos e esperávamos que produzíssemos ferro metálico e água em nossos experimentos de redução, mas realmente não tínhamos como saber quão rápido e quanta água seria gerada. Ficamos bastante surpresos ao descobrir que a extrapolação do nosso trabalho sugere que centenas de oceanos de água provavelmente foram produzidos dessa maneira. Olhando para um grande corpo d’água, é difícil imaginar que essa água pode ter sido produzida há 4,5 bilhões de anos em uma atmosfera infernal, mas isso pode muito bem ter acontecido”, disse Sharp.
Os Começos Incandescentes da Terra Podem Ter Ajudado a Criar Seus Oceanos
Essas descobertas sugerem que as condições de formação da Terra podem ter contribuído ativamente para seu suprimento de água. Em vez de depender totalmente da água trazida de outras partes do sistema solar, o planeta em crescimento pode ter possuído os ingredientes necessários para fabricar água por meio de suas próprias reações químicas.
As implicações se estendem muito além da Terra. Se planetas rochosos ao redor de outras estrelas desenvolverem atmosferas ricas em hidrogênio e quentes de maneira semelhante durante sua formação, eles também podem produzir quantidades substanciais de água à medida que o material rochoso se acumula.
Essa possibilidade pode ter importantes consequências para entender quão comum a água é em todo o universo. Um processo que ocorre naturalmente durante a formação de planetas do tamanho da Terra significaria que obter água pode não exigir a chegada de objetos gelados adequados de regiões distantes de um sistema planetário.
Outros Planetas Semelhantes à Terra Podem Fazer Sua Própria Água?
A pesquisa também acrescenta ao crescente interesse na acreção de pedrinhas como uma explicação para como os planetas se formam. Embora o conceito tenha ganho atenção relativamente recentemente, já ajudou os cientistas a abordar várias perguntas de longa data sobre o desenvolvimento planetário.
“A ideia de acreção de pedrinhas ainda é relativamente nova. Tem apenas uma década. Mas parece resolver muitos problemas existentes com o paradigma atual de formação de planetas”, disse Sharp. “E agora vemos que também pode explicar por que nosso planeta é habitável. Por extensão, é razoável esperar que outros corpos do tamanho da Terra orbitando outras estrelas também tenham água e possivelmente vida.”
Ainda existem incertezas importantes a resolver. Embora os experimentos mostrem que material rochoso pode gerar água quando exposto ao hidrogênio sob condições semelhantes às da Terra primitiva, eles não estabelecem quanta da atual oferta de água do nosso planeta foi realmente produzida dessa forma. Pesquisas adicionais serão necessárias para determinar a contribuição desse mecanismo em comparação com a água trazida por cometas, meteoritos e outras fontes.
Apesar disso, os achados revelam um processo potencialmente importante que pode ter moldado a Terra bilhões de anos atrás. Eles também sugerem que a capacidade de produzir água pode estar embutida na formação de planetas rochosos, abrindo novas possibilidades para entender onde a água, e talvez a vida, possam existir além de nosso sistema solar.