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Oxigênio em rochas antigas revela novos detalhes de sua própria história inicial na Terra
A química do enxofre foi vital para a vida anaeróbica inicial no éon arqueano, há mais de 2,5 bilhões de anos. CRÉDITO DE IMAGEM: PETER SAWYER / SMITHSONIAN INSTITUTION.
Mapear as ligações e os modos vibracionais das moléculas contendo isótopos de enxofre está ajudando a lançar luz sobre as reações químicas que ocorreram na atmosfera da Terra durante a era arqueana, antes que a atmosfera fosse oxigenada cerca de 2,5 bilhões de anos atrás.
O Arqueano é um éon geológico que durou de 4 bilhões de anos a 2,5 bilhões de anos atrás. Ele viu o surgimento da primeira vida na Terra, mas esses micróbios eram anaeróbicos, o que significa que não respiravam oxigênio. De fato, durante esse período, a atmosfera da Terra não continha oxigênio molecular. Em vez disso, a atmosfera era rica em carbono e, principalmente, enxofre.
O enxofre na atmosfera da Terra Arqueana foi emitido por atividade vulcânica e, através de um processo chamado fracionamento independente em massa, os vários isótopos do enxofre (átomos de enxofre contendo o mesmo número de prótons, mas diferentes números de nêutrons) enriqueceram de uma maneira que não se correlaciona com sua massa. A prova de que este ocorreu é encontrado em depósitos de superfície que datam do Archean, e foi estes isótopos de enxofre, como parte de moléculas, tais como sulfureto de hidrogênio (H2S) e dióxido de enxofre (SO2), o qual os micróbios metabolizado, libertando oxigênio em o processo e o início do processo de oxigenar a atmosfera da Terra - um desenvolvimento conhecido como o Grande Evento de Oxigenação.
Como o enxofre é rapidamente oxidado em um ambiente rico em oxigênio e, em seguida, removido da atmosfera por precipitação e escoamento para o oceano, a química do enxofre do início da vida arqueana foi eliminada e perdida no tempo. No entanto, ao entender o processo de fracionamento independente em massa, deve ser possível aprender mais sobre a atmosfera da Terra pré-oxigenada e as condições em que a primeira vida na Terra viveu.
O processo por trás do fracionamento independente de massa de enxofre permanece incerto, mas as duas hipóteses mais populares são a fotólise (a quebra de moléculas) pela luz ultravioleta do Sol ou as reações entre o enxofre elementar. "No entanto, o fenômeno, reação ou mecanismo real ainda não foi identificado", diz Dmitri Babikov, professor de química física e física molecular da Marquette University em Milwaukee, Wisconsin.
Extremófilos, como os termófilos que dão aos tapetes microbianos cores tão vivas nas fontes termais do Parque Nacional de Yellowstone, são um tópico de estudo importante entre os astrobiólogos do Reino Unido. CRÉDITO DE IMAGEM: JIM PEACO / SERVIÇO NACIONAL DO PARQUE.
Ligações moleculares do enxofre
Babikov, junto com seus colegas Marquette Igor Gayday e Alexander Teplukhin, ter publicado um novo artigo na revista Physics Molecular que explora algumas das ligações moleculares de um enxofre-4 (S 4 molécula), e como esses títulos afetar os modos de vibração de a molécula, que por sua vez pode influenciar o processo de fracionamento independente da massa.
Eles identificaram uma segunda, anteriormente desconhecido, ligação que une S2 moléculas (contendo dois átomos de enxofre) para formar S4. "Esta segunda ligação segura a molécula apertado num arranjo [em forma de trapézio] e não permitem uma fácil rotação dos dois S2 moléculas dentro S4", diz Babikov. Por sua vez, este arranjo de átomos de enxofre, em seguida, determina a forma como se movem como o S4 molécula vibra.
Os estados de vibração, ou frequências, do S4 molécula são determinadas tanto pela forma 'de superfície de energia potencial da molécula", que descreve a energia dos isótopos no arranjo trapezoidal da molécula S4, e como as reações químicas alterar o potencial O número de modos vibracionais, envolvendo o alongamento e a compressão das ligações entre as moléculas S2, influencia a taxa de reação, mas também pode ser sensível a um dado isótopo, o que pode ajudar a identificar a reação química por trás do fracionamento independente da massa. "Mas neste momento ainda é uma hipótese", diz Babikov.
Uma melhor compreensão do papel do fracionamento independente da massa na química do enxofre da Terra Arqueana não só nos dá uma imagem do ambiente na Terra antes da oxigenação, mas também nos informa sobre as possíveis bioassinaturas que um ambiente semelhante em um exoplaneta poderia criar.
"[Isótopos de enxofre] poderiam servir como uma assinatura do ambiente que criou a vida na Terra", diz Babikov. No entanto, ele diz, nosso nível atual de tecnologia telescópica significa que seria muito difícil determinar a composição isotópica da atmosfera de um exoplaneta para o nível de detalhe necessário.
O estudo, "Análise computacional de modos vibracionais em tetra- enxofre usando superfície de energia potencial dimensionalmente reduzida", foi publicado na revista Molecular Physics. O trabalho foi apoiado em parte pela NASA Astrobiology através do Programa de Exobiologia.
Mais informações: Igor Gayday et al. Análise computacional de modos vibracionais em tetra-enxofre usando superfície de energia potencial dimensionalmente reduzida, Molecular Physics (2019). DOI: 10.1080 / 00268976.2019.1574038
Fornecido por Astrobiology Magazine
Esta história é republicada como cortesia da Astrobiology Magazine da NASA. Explore a Terra e além em www.astrobio.net
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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica,
Astrobiologia e Climatologia).
Membro da Society for Science and the Public
(SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space
Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa do
projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela
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