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Os cientistas descobriram um cabo de guerra em escala planetária entre a vida, as profundezas da Terra e a alta atmosfera, expresso em nitrogênio atmosférico. Cortesia da Tripulação da Expedição 7 da ISS, EOL, NASA
Uma equipe de cientistas usando tecnologia de ponta UCLA O instrumento relata a descoberta de um “cabo de guerra” em escala planetária entre a vida, as profundezas da Terra e a atmosfera superior, expresso em nitrogênio atmosférico.
A atmosfera da Terra difere das atmosferas da maioria dos outros planetas rochosos e luas do nosso sistema solar por ser rica em gás nitrogênio, ou N2; a atmosfera da Terra é composta por 78% de gás nitrogênio. Titã, o maior SaturnoCom mais de 60 luas, é o outro corpo do nosso sistema solar com uma atmosfera rica em nitrogênio que se assemelha à nossa.
Comparado com outros elementos-chave da vida – como oxigênio, hidrogênio e carbono – o nitrogênio molecular é muito estável. Dois átomos de nitrogênio se combinam para formar N2 moléculas que permanecem na atmosfera por milhões de anos.
A maior parte do nitrogênio tem massa atômica de 14. Menos de um por cento do nitrogênio tem um nêutron extra. Embora este isótopo pesado, o nitrogênio-15, seja raro, o N2 moléculas que contêm dois nitrogênio-15 – que os químicos chamam 15N15N — são as mais raras de todas as moléculas de N2.
A equipe de cientistas mediu a quantidade de 15N15N no ar e descobriu que esta forma rara de gás nitrogênio é muito mais abundante do que os cientistas esperavam. A atmosfera da Terra contém cerca de dois por cento mais 15N15N do que pode ser explicado pelos processos geoquímicos que ocorrem perto da superfície da Terra.
“Este excesso não era conhecido antes porque ninguém conseguia medi-lo”, disse o autor principal Edward Young, professor de geoquímica e cosmoquímica da UCLA. “Nosso espectrômetro de massa Panorama único nos permite ver isso pela primeira vez. Realizamos experimentos mostrando que o único caminho para esse excesso de 15N15N ocorrer é por reações raras na alta atmosfera. Dois por cento é um excesso enorme.”
Young disse que o enriquecimento de 15N15N na atmosfera da Terra é uma assinatura exclusiva do nosso planeta. “Mas também nos dá uma pista sobre como podem ser as assinaturas de outros planetas, especialmente se forem capazes de suportar a vida tal como a conhecemos.”
A pesquisa está publicada na revista Avanços da Ciência.
“No início não acreditámos nas medições e passámos cerca de um ano apenas a convencer-nos de que eram precisas”, disse o autor principal Laurence Yeung, professor assistente de ciências da Terra, ambientais e planetárias na Universidade Rice.
O estudo começou há quatro anos, quando Yeung, então bolsista de pós-doutorado da UCLA no laboratório de Young, aprendeu sobre o primeiro espectrômetro de massa desse tipo que estava sendo instalado no laboratório de Young.
“Naquela época, ninguém tinha como quantificar com segurança 15N15N”, disse Yeung, que ingressou no corpo docente de Rice em 2015. “Tem massa atômica de 30, a mesma do óxido nítrico. O sinal do óxido nítrico geralmente supera o sinal do 15N15N em espectrômetros de massa.”
A diferença de massa entre o óxido nítrico e 15N15N é cerca de dois milésimos da massa de um nêutron. Quando Yeung soube que a nova máquina no laboratório de Young conseguia discernir esta ligeira diferença, ele solicitou financiamento da National Science Foundation para saber exatamente quanto 15N15N está na atmosfera da Terra.
Os coautores Joshua Haslun e Nathaniel Ostrom, da Michigan State University, conduziram experimentos com N2-consumindo e N2-produzindo bactérias que permitiram à equipe determinar sua 15N15N assinaturas.
Esses experimentos sugeriram que se deveria ver um pouco mais 15N15N no ar do que os pares aleatórios de nitrogênio-14 e nitrogênio-15 produziriam – um enriquecimento de cerca de 1 parte por 1.000, disse Yeung.
“Houve um certo enriquecimento nas experiências biológicas, mas não o suficiente para explicar o que havíamos encontrado na atmosfera”, disse Yeung. “Na verdade, isso significava que o processo que causa a mudança atmosférica 15N15O enriquecimento de N tem que lutar contra esta assinatura biológica. Eles estão presos em um cabo de guerra.”
A equipe descobriu que a destruição de misturas de ar com eletricidade, que simula a química da alta atmosfera, poderia produzir níveis enriquecidos de 15N15N como eles mediram em amostras de ar.
Os pesquisadores testaram amostras de ar do nível do solo e de altitudes de cerca de 32 quilômetros, bem como ar dissolvido de amostras de águas rasas do oceano.
“Achamos que 15N15O enriquecimento de N vem fundamentalmente da química na alta atmosfera, em altitudes próximas à órbita do Estação Espacial Internacional”, disse Yeung. “O cabo de guerra vem da vida puxando na outra direção, e podemos ver evidências químicas disso. Podemos ver o cabo de guerra em todos os lugares.”
Os co-autores são Issaku Kohl e Edwin Schauble da UCLA; Huanting Hu de Arroz; Shuning Li, ex-UCLA e Rice e agora na Universidade de Pequim em Pequim; e Tobias Fischer, da Universidade do Novo México.
A pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation, pelo Deep Carbon Observatory e pelo Centro de Pesquisa em Bioenergia dos Grandes Lagos do Departamento de Energia dos EUA.
Referência: “Enriquecimento extremo em atmosfera 15N15N” por Laurence Y. Yeung, Shuning Li, Issaku E. Kohl, Joshua A. Haslun, Nathaniel E. Ostrom, Huanting Hu, Tobias P. Fischer, Edwin A. Schauble e Edward D. Young, 17 de novembro de 2017, Avanços da Ciência.
DOI: 10.1126/sciadv.aao6741