Cientistas podem ter interpretado mal uma pista de 2 bilhões de anos sobre a Terra
Há cerca de 2,5 a 2 mil milhões de anos, a Terra sofreu a maior transformação química alguma vez registada na sua superfície. O oxigénio começou a acumular-se na atmosfera, desencadeando mudanças que eventualmente ajudaram a tornar possível o surgimento de organismos complexos, como plantas e animais, há cerca de meio bilhão de anos.
À medida que os níveis de oxigénio aumentaram pela primeira vez, enormes quantidades de material microbiano foram enterradas no fundo do mar. Esse enterro prendeu carbono nas rochas e deixou uma assinatura isotópica incomum. Durante décadas, muitos cientistas interpretaram essa assinatura como evidência de que o ciclo do carbono da Terra se tornou dramaticamente desequilibrado à escala global.
As evidências que apoiam essa interpretação vieram de núcleos de perfuração - longos cilindros de rocha sólida retirados do subsolo - recuperados de antigos sedimentos marinhos na Carélia, na Rússia, e na Bacia Francevillian, no Gabão. Um novo estudo liderado por investigadores do Caltech, no entanto, está a levantar questões sobre se as evidências russas registam realmente um evento à escala planetária.
"Um grande debate centra-se num sinal incomum de isótopo de carbono que tem sido frequentemente interpretado como evidência de uma mudança ambiental mundial", diz Nivedita Thiagarajan (PhD '12), investigador científico sénior da Caltech que trabalha no laboratório de John Eiler, o Professor Robert P. Sharp de Geologia e Geoquímica e Ted e Ginger Jenkins Presidente de Liderança da Divisão de Ciências Geológicas e Planetárias. “Estudámos gases presos em bolsas microscópicas dentro de rochas da Formação Zaonega na Carélia, na Rússia, um dos mais antigos campos de petróleo fóssil conhecidos do mundo, e descobrimos que o sinal do isótopo de carbono neste local chave pode ser explicado por fenómenos locais que ocorreram numa bacia sedimentar de várias centenas de quilómetros quadrados, e não em todo o globo.”
Thiagarajan é o autor principal de um artigo recente publicado na Geology. O estudo descreve como os pesquisadores reconstruíram a sequência de mudanças preservadas nas rochas da Carélia após o primeiro grande aumento no oxigênio atmosférico.
Os isótopos de carbono – formas mais pesadas ou mais leves do elemento – fornecem informações sobre as origens do material biológico que se acumulou há milhares de milhões de anos. Ao medir as quantidades relativas destes isótopos em núcleos de perfuração (ou sinais de isótopos de carbono), os investigadores podem construir um registo de mudanças ambientais antigas, algo como ler os anéis de crescimento de uma árvore.
Um sinal de carbono incomum encontrado tanto na Formação Zaonega quanto nas rochas do Gabão é conhecido como evento Shunga-Francevillian. Os cientistas têm frequentemente apontado isso como prova de que a Terra sofreu uma grande perturbação global no ciclo do carbono há cerca de 2 mil milhões de anos.
“A Terra, de certa forma, enlouqueceu durante aquele intervalo de tempo em que o oxigênio apareceu na atmosfera. O que estamos tentando avaliar são as causas e consequências da oxigenação da Terra”, explica Aivo Lepland, pesquisador do Geological Survey of Norway (NGU) em Trondheim e coautor do estudo. “Essa informação está arquivada nas rochas, então, para estudar o que aconteceu, é preciso estudar as rochas”.
Para examinar o evento Shunga-Francevilliano de outra perspectiva, os pesquisadores analisaram testemunhos de perfuração armazenados na NGU. Eles se concentraram em gases selados dentro de inclusões fluidas microscópicas em amostras da Formação Zaonega que são ricas em pirobitúmen.
A Formação Zaonega já fez parte de uma bacia sedimentar marinha. O pirobitumen é uma forma insolúvel de carbono orgânico que se desenvolve quando o petróleo bruto ou querogênio enterrado - uma fonte de gás natural - é submetido a intenso aquecimento nas profundezas da superfície.
O projeto tomou forma depois que Lepland chegou ao Caltech para um período sabático. Ele trouxe consigo uma nova coleção de medições isotópicas de gases presos nas rochas Zaonega que ainda não haviam sido totalmente interpretadas.
Ao mesmo tempo, Thiagarajan e Eiler concluíram recentemente pesquisas medindo proporções de isótopos em gases naturais. Esse trabalho ajudou-os a desenvolver uma estrutura mais ampla para compreender como o gás natural se forma.
Quando os investigadores combinaram os dois conjuntos de conhecimentos e dados, uma explicação diferente para as antigas assinaturas de isótopos começou a surgir.
A equipe propõe que uma camada de magma abriu caminho através de camadas de sedimentos marinhos na Formação Zaonega, que na época ficava sob um oceano pré-histórico. O calor do magma aqueceu sedimentos repletos de matéria orgânica.
Esse aquecimento gerou hidrocarbonetos, incluindo metano e propano. Os gases então subiram através dos sedimentos e eventualmente alcançaram micróbios que viviam perto do fundo do mar e que consumiam metano.
Esses micróbios produziram biomassa carregando uma assinatura isotópica leve de carbono, explicando potencialmente o sinal incomum preservado nas rochas.
A evidência da temperatura apoia este cenário. Os pesquisadores identificaram um grande gradiente térmico, com temperaturas atingindo aproximadamente 350 graus Celsius ao lado da intrusão de magma e caindo para cerca de 72 graus Celsius em um antigo derramamento de asfalto no fundo do mar, cerca de 300 metros mais alto.
“Esta cadeia de processos geológicos e biológicos pode ser responsável pelo sinal incomum de isótopos de carbono registrado na Formação Zaonega”, diz Thiagarajan. “Foi interessante ver que algumas das mesmas assinaturas que observamos nas modernas bacias de petróleo e gás também estão lá e preservadas em amostras de 2 mil milhões de anos”.
Os pesquisadores enfatizam que não podem descartar completamente as contribuições de outros processos. Mesmo assim, os seus resultados indicam que a anomalia do isótopo de carbono preservada em Zaonega foi motivada principalmente por eventos dentro da bacia sedimentar local e não por uma perturbação global.
"Como Zaonega é um local de referência para o evento Shunga-Francevilliano, as nossas descobertas levantam questões importantes sobre se deve ser considerado um evento mundial", diz Thiagarajan.
O próximo passo será determinar se a mesma explicação pode explicar o sinal isotópico semelhante encontrado no Gabão.
Os pesquisadores planejam analisar amostras coletadas através do projeto GOE-DEEP, cofinanciado pelo Programa Internacional de Perfuração Científica Continental. O objetivo é testar se processos geológicos e biológicos locais, como os identificados na Rússia, também moldaram o registo rochoso do Gabão.
No verão de 2025, Lepland passou quatro meses no Gabão coordenando a campanha de perfuração. Os núcleos recentemente recuperados chegaram à NGU em Fevereiro e estão programados para serem amostrados ainda este ano por uma equipa de investigação internacional representando 18 países.
“Agora podemos realmente juntar as coisas fazendo um tipo de estudo semelhante nas rochas do Gabão para comparar os dois locais”, diz Lepland. "É assim que a ciência avança."
O artigo de Geologia é intitulado "Geração de hidrocarbonetos termogênicos paleoproterozóicos, Formação Zaonega, Rússia". Os autores adicionais do estudo são Florian Eichinger, da Hydroisotop GmbH, um laboratório de análise de isótopos naturais na Alemanha, e Anthony Prave, da Universidade de St. Andrews, na Escócia.
Materiais fornecidos pela Caltech. Original escrito por Katie Neith. Nota: O conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.
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