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A origem da água no nosso planeta é uma questão importante: a água tem imensas implicações para as placas tectónicas, o clima, a origem da vida na Terra e a habitabilidade potencial de outros planetas semelhantes à Terra. Em um estudo recente em Cartas de revisão física, um professor da Skoltech e os seus colegas chineses sugerem um composto químico que – embora agora extinto – poderia ter preservado a água nas profundezas do subsolo na era violenta em que colisões massivas devem ter evaporado as águas superficiais da Terra. Pela sua importância e originalidade, o artigo foi destacado como “sugestão dos editores” e apresentou no Física revista.
Além de ser a substância importantíssima para a origem da vida como a conhecemos, as águas superficiais são importantes para estabilizar o clima de um planeta durante longos períodos de tempo, permitindo que a evolução aconteça. Sabe-se que mesmo pequenas quantidades de água abaixo da superfície aumentam dramaticamente a plasticidade das rochas, o que é essencial para as placas tectónicas – um processo que molda os continentes e oceanos e provoca terramotos e vulcanismo. Mas apesar da sua enorme importância para a evolução de planetas rochosos como o nosso, não sabemos de onde se originou a água da Terra.
“Alguns cientistas pensaram que a nossa água era semeada por cometas, mas esta fonte parece ser muito limitada – a composição isotópica da água nos cometas é bastante diferente daquela da Terra”, diz o professor Artem R. Oganov da Skoltech, co-autor do estudo. estudar.
Se a água não veio de cima, deve ter vindo de baixo, das profundezas do manto ou mesmo do núcleo da Terra. Mas como poderia sobreviver aos violentos primeiros 30 milhões de anos da história da Terra, quando o planeta era muito quente e era incessantemente bombardeado por asteróides e até sofreu uma colisão catastrófica com um Martetamanho do planeta? Esses processos devem ter evaporado parte da Terra e o que restou foi derretido a pelo menos várias centenas de quilômetros de profundidade, removendo a água. Até agora, os cientistas não conheciam um composto estável que pudesse reter átomos de hidrogénio e oxigénio no interior do planeta durante tempo suficiente e depois libertá-los como água.
Oganov se uniu a um grupo de cientistas liderado pelo professor Xiao Dong da Universidade de Nankai, na China, e juntos eles usaram o método de previsão da estrutura cristalina de Oganov, USPEX, para descobrir um composto que se encaixa no projeto: hidrosilicato de magnésio, com a fórmula Mg2SiO5H2, que contém mais de 11% de água em peso e é estável em pressões de mais de 2 milhões de atmosferas e em temperaturas extremamente altas. Tais pressões existem no núcleo da Terra. Mas todo mundo sabe que o núcleo é uma bola de metal – principalmente ferro – então os elementos que compõem o hidrosilicato de magnésio simplesmente não estão disponíveis lá, certo?
“Errado. Não havia núcleo naquela época. No início de sua existência, a Terra tinha uma composição mais ou menos uniformemente distribuída, e o ferro levou cerca de 30 milhões de anos desde a formação do planeta para penetrar em seu centro, empurrando os silicatos para o que hoje chamamos de manto. ”, explica Oganov.
Isto significa que durante 30 milhões de anos, parte da água da Terra foi armazenada com segurança na forma de hidrosilicatos nas profundezas do núcleo atual. Durante esse tempo, a Terra resistiu à fase mais pesada do bombardeio de asteróides. No momento em que o núcleo se formou, os hidrosilicatos foram empurrados para áreas de baixa pressão, onde se tornaram instáveis e decompostos. Isto produziu o óxido de magnésio e o silicato de magnésio que hoje constituem o manto, e a água, que iniciou a sua viagem de 100 milhões de anos até à superfície.
“Entretanto, a Terra estava a ser atacada por asteróides e até por um protoplaneta, mas a água era segura, porque ainda não tinha chegado à superfície”, acrescenta Oganov.
Os pesquisadores dizem que seu estudo mostra como as intuições humanas às vezes podem ser falhas. Ninguém havia pensado em silicatos nas pressões centrais, porque os átomos constituintes supostamente não eram encontrados ali. E mesmo assim, as pessoas não esperariam que um hidrosilicato fosse estável nas condições centrais, porque se acreditava que as temperaturas e pressões extremas “espremiam” a água do mineral. No entanto, a modelagem precisa baseada na mecânica quântica provou o contrário.
“É também uma história sobre como um material que existiu por um breve momento na escala de tempo planetária teve um enorme impacto na evolução da Terra”, continua o cientista de materiais. “Isso vai contra a mentalidade geológica usual, mas pensando bem, um biólogo evolucionista, para quem muito do que vemos hoje evoluiu a partir de agora extintos espéciesdificilmente ficariam surpresos, não é?
A nova hipótese da origem da água também tem implicações para outros corpos celestes. “Marte, por exemplo, é demasiado pequeno para produzir as pressões necessárias para estabilizar o hidrosilicato de magnésio”, diz Oganov. “Isso explica por que é tão seco e significa que qualquer água que exista em Marte provavelmente veio de cometas.”
Ou então, considere planetas fora do nosso sistema solar. “Para ser habitável, exoplaneta tem que ter um clima estável, o que requer continentes e oceanos. Portanto, tem que haver água, mas não muita”, acrescenta Xiao Dong. “Houve uma estimativa de que para um planeta semelhante à Terra, de qualquer tamanho, ser habitável, não deveria ter mais do que 0,2% de água em peso. Os nossos resultados implicam que para grandes planetas semelhantes à Terra, chamados “super-Terras”, a história é provavelmente diferente: nesses planetas, as pressões que estabilizam o hidrosilicato de magnésio devem existir mesmo fora do núcleo, retendo grandes quantidades de água indefinidamente. Como resultado, as super-Terras podem ter um conteúdo de água muito maior e ainda suportar a existência de continentes expostos.”
Tem até implicações para a magnetosfera de um planeta. “Em temperaturas superiores a 2.000 graus Celsius, o hidrosilicato de magnésio conduzirá eletricidade, com prótons de hidrogênio servindo como portadores de carga. Isto significa que o nosso hidrosilicato contribuirá para os campos magnéticos das super-Terras”, explica Oganov, acrescentando que a lista de consequências da nova hipótese é infinita.
Referência: “Hidrosilicatos de magnésio de ultra-alta pressão como reservatórios de água na Terra primitiva” por Han-Fei Li, Artem R. Oganov, Haixu Cui, Xiang-Feng Zhou, Xiao Dong e Hui-Tian Wang, 21 de janeiro de 2022, Cartas de revisão física.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.035703
Artem R. Oganov reconhece financiamento da Russian Science Foundation (Grant No. 19-72-30043).