A pré-história das mudanças climáticas. Quando o metano regulou o clima

Sempre foi dito que a mudança climática é relativamente moderno, causado principalmente por grandes emissões de gases de efeito estufa para a atmosfera, como metano e CO2, por humanos desde a revolução industrial. No entanto, o que você pensaria se eu dissesse que, ao longo dos bilhões de anos desde que a Terra se formou, ocorreram outras mudanças climáticas?

A atmosfera da Terra nem sempre foi a mesma de hoje. Já passou por muitos tipos de composições. Qual é a pré-história das mudanças climáticas?

Quando o metano regulou o clima

Cerca de 2.300 bilhões de anos atrás, microorganismos estranhos deram nova vida ao então "jovem" planeta Terra. É sobre cianobactérias. Eles encheram o planeta de ar. Porém, acredita-se que muito antes dessa época, outro grupo de organismos unicelulares povoou o planeta e poderia tê-lo tornado habitável. Estamos falando sobre metanógenos.

Metanógenos são organismos unicelulares que só podem sobreviver em condições onde não há oxigênio e eles sintetizam metano durante seu metabolismo como um produto residual. Hoje só podemos encontrar metanógenos em lugares como o intestino de ruminantes, o fundo de sedimentos e outros lugares do planeta onde não existe oxigênio.

Como sabemos, o metano é um gás de efeito estufa que retém 23 vezes mais calor do que o dióxido de carbono, portanto, existe a hipótese de que durante os primeiros dois bilhões de anos do planeta Terra, os metanógenos governaram. O metano sintetizado por esses organismos causou um efeito estufa com enormes repercussões no clima de todo o planeta.

Hoje, o metano só persiste na atmosfera por cerca de 10 anos, devido à presença de oxigênio. No entanto, se a atmosfera da Terra carecesse de moléculas de oxigênio, o metano poderia persistir por cerca de 10.000 anos. Naquela época, a luz do sol não era tão forte quanto agora, então a quantidade de radiação que atingia a superfície da Terra e, assim, aquecia o planeta, era muito menor. É por isso que, para aumentar a temperatura do planeta e criar um ambiente habitável, o metano era necessário para reter o calor.

Efeito estufa de uma atmosfera primitiva

Quando a Terra foi formada há cerca de 4.600 bilhões de anos, o Sol emitia uma luminosidade equivalente a 70% do que faz hoje. É por isso que, antes da primeira era do gelo (cerca de 2.300 bilhões de anos atrás), a atmosfera era totalmente dependente do efeito estufa.

Especialistas em mudanças climáticas pensaram na amônia como o gás de efeito estufa que retém calor na atmosfera primitiva, já que este é um poderoso gás de efeito estufa. No entanto, na ausência de oxigênio atmosférico, a radiação ultravioleta do Sol destrói rapidamente a amônia, tornando o metano o gás predominante na época.

À contribuição do calor na atmosfera e do efeito estufa também adicionamos o CO2. Até então, sua concentração era muito mais baixa, por isso não pode ser a causa do efeito estufa. O CO2 só foi emitido para a atmosfera naturalmente, por meio de vulcões.

O papel do metano e da névoa que resfriou o planeta

O papel do metano na regulação do clima primitivo começou por volta de 3.500 bilhões de anos atrás, quando os metanógenos sintetizaram gás metano nos oceanos como um produto residual. Este gás prendeu o calor do Sol em uma ampla região do espectro eletromagnético. Também permitiu a passagem da radiação ultravioleta, portanto, entre esses fatores somados ao CO2 existente, eles mantiveram o planeta em uma temperatura habitável.

Os metanogênios sobreviveram melhor em temperaturas mais altas. Conforme as temperaturas se intensificaram, o ciclo da água e a erosão das rochas também aumentaram. Este processo de erosão das rochas, extrai CO2 da atmosfera. Muito a concentração de metano e a de CO2 na atmosfera tornaram-se iguais.

A química da atmosfera causou a polimerização das moléculas de metano (formam cadeias de moléculas de metano ligadas entre si) e formam hidrocarbonetos complexos. Esses hidrocarbonetos condensam-se em partículas que, em grandes altitudes, eles formaram uma névoa laranja.  Esta nuvem de poeira orgânica compensou o efeito estufa absorvendo a luz visível da radiação solar incidente e emitindo-a de volta ao espaço. Dessa forma, reduziu a quantidade de calor que atinge a superfície do planeta e contribuiu para o resfriamento do clima e para desacelerar a produção de metano.

Metanógenos termofílicos

Metanógenos termofílicos são aqueles que sobrevivem em faixas de temperatura bastante altas. Por esta razão, quando a névoa de hidrocarboneto foi formada, conforme as temperaturas globais esfriaram e diminuíram, os metanógenos termofílicos não conseguiram sobreviver a tais condições. Com um clima mais frio e uma população de metanogênio termofílico prejudicial, as condições do planeta mudaram.

A atmosfera só poderia ter mantido as concentrações de metano tão altas se o metano teria sido gerado em velocidades comparáveis ​​à atual. No entanto, os metanógenos não geram tanto metano quanto os humanos em nossas atividades industriais.

Os metanógenos se alimentam basicamente de hidrogênio e CO2, gerando metano como resíduo. Alguns outros consomem acetato e vários outros compostos da degradação anaeróbia da matéria orgânica. É por isso que, hoje, os metanógenos Eles só prosperam no estômago dos ruminantes, o lodo que está por trás dos arrozais inundados e de outros ambientes anóxicos. Mas como a atmosfera primitiva carecia de oxigênio, todo o hidrogênio emitido pelos vulcões era armazenado nos oceanos e era usado pelos metanógenos, uma vez que não tinha oxigênio ao alcance para formar água.

Névoa do efeito "anti-estufa"

Devido a esse ciclo de feedback positivo (temperatura mais alta, mais metanógenos, mais metano, mais calor, mais temperatura ...) o planeta se tornou uma estufa tão quente que apenas microrganismos termofílicos conseguiram se adaptar a esse novo ambiente. No entanto, como mencionei antes, uma névoa foi formada a partir de hidrocarbonetos que carregaram a radiação ultravioleta incidente tornando o clima fresco. Dessa forma, a produção de metano foi interrompida e as temperaturas e a composição atmosférica começaram a se estabilizar.

Se compararmos as brumas com as de Titan, o maior satélite de Saturno, vemos que ele também tem a mesma cor laranja característica correspondente à densa camada de partículas de hidrocarbonetos, que é formada quando o metano reage com a luz solar. No entanto, essa camada de hidrocarbonetos torna a superfície de Titã a -179 graus Celsius. Esta atmosfera está mais fria do que o planeta Terra em toda a sua história.

Se a nuvem de hidrocarbonetos da Terra tivesse atingido a densidade que a de Titã, teria desviado a luz solar o suficiente para neutralizar o poderoso efeito estufa do metano. Toda a superfície do planeta teria congelado, matando todos os metanógenos. A diferença entre Titã e a Terra é que esta lua de Saturno não tem CO2 nem água, então o metano evapora facilmente.

O fim da era do metano

A névoa que se formou a partir do metano não durou para sempre. Houve três glaciações desde o Proterozóico e o metano pode explicar por que ocorreram.

A primeira glaciação é chamada de glaciação Huroniana e sob as rochas mais antigas encontradas sob seus depósitos glaciais, há detritos de uraninita e pirita, dois minerais que indicam um nível muito baixo de oxigênio atmosférico. No entanto, acima das camadas glaciais, observa-se um arenito avermelhado que contém hematita, um mineral formado em ambientes ricos em oxigênio. Tudo isso indica que a glaciação de Huronian ocorreu precisamente quando os níveis de oxigênio atmosférico começaram a disparar.

Nesse novo ambiente cada vez mais rico em oxigênio, metanógenos e outros organismos anaeróbios que outrora dominaram o planeta, gradualmente desapareceram ou foram vistos cada vez mais confinados a habitats mais restritos. Na verdade, a concentração de metano teria permanecido a mesma ou mais alta do que é hoje, se os níveis de oxigênio tivessem sido mantidos mais baixos.

Isso explica porque na Terra, durante o Proterozóico, não houve glaciações por quase 1.500 bilhão de anos, embora o Sol ainda estivesse bastante fraco. Especula-se a possibilidade de que um segundo aumento do oxigênio atmosférico, ou do sulfato dissolvido, também tenha desencadeado episódios de glaciação, ao reduzir o efeito protetor do metano.

Como você pode ver, a atmosfera da Terra nem sempre foi como é hoje. Era desprovido de oxigênio (molécula de que hoje precisamos para viver) e onde o metano regulava o clima e dominava o planeta. Além disso, após as eras glaciais, a concentração de oxigênio aumentou até se tornar estável e igual à atual, enquanto o metano foi reduzido a locais mais restritos. Atualmente, a concentração de metano está aumentando devido às emissões das atividades humanas e contribui para o efeito estufa e as mudanças climáticas atuais.