A vida surgiu do “manto estagnado”, não das placas tectônicas

Um estudo da Universidade de Rochester, usando cristais de zircônio, descobriu que as placas tectônicas estavam inativas durante o período em que a vida apareceu pela primeira vez na Terra. Em vez disso, um mecanismo de “tampa estagnada” estava em operação, liberando calor através de rachaduras na superfície. Esta descoberta desafia a crença tradicional de que as placas tectônicas são essenciais para a origem da vida e potencialmente reformula nossa compreensão das condições necessárias para a vida em outros planetas.

Cientistas fizeram uma viagem no tempo para desvendar os mistérios do início da história da Terra, usando minúsculos cristais minerais chamados zircões para estudar placas tectônicas bilhões de anos atrás. A pesquisa lança luz sobre as condições que existiam na Terra primitiva, revelando uma complexa interação entre a crosta terrestre, o núcleo e o surgimento da vida.

As placas tectônicas permitem que o calor do interior da Terra escape para a superfície, formando os continentes e outras características geológicas necessárias para o surgimento da vida. Assim, “havia uma suposição de que as placas tectônicas são essenciais para a vida”, diz John Tarduno, professor do Departamento de Ciências da Terra e do Meio Ambiente da Universidade de Rochester. Mas uma nova pesquisa lança dúvidas sobre essa suposição.

Tarduno, professor de geofísica no William R. Keenan Jr., que é o principal autor de um artigo publicado na revista. natureza Estudo das placas tectônicas há 3,9 bilhões de anos, quando os cientistas acreditam que os primeiros vestígios de vida apareceram na Terra. Os pesquisadores descobriram que nenhum movimento da placa tectônica móvel estava ocorrendo durante esse período. Em vez disso, eles descobriram, a Terra libera calor através do que é conhecido como sistema de manto estagnado. Os resultados indicam que embora as placas tectônicas sejam um fator chave para a continuação da vida na Terra, não é uma condição para o surgimento da vida em um planeta parecido com a Terra.

“Descobrimos que não havia placas tectônicas quando se pensou que a vida surgiu pela primeira vez, e não havia placas tectônicas por centenas de milhões de anos depois disso”, diz Tarduno. “Nossos dados sugerem que, quando procuramos exoplanetas que abrigam vida, os planetas não precisam necessariamente de placas tectônicas”.

Uma reviravolta inesperada no estudo de zircônio

Os pesquisadores originalmente não se propuseram a estudar placas tectônicas.

“Estávamos estudando a magnetização de zircões porque estávamos estudando o campo magnético da Terra”, diz Tarduno.

Os zircões são minúsculos cristais que contêm partículas magnéticas que podem prender a magnetização da Terra no momento em que os zircões foram formados. Ao datar os zircões, os pesquisadores podem criar uma linha do tempo para acompanhar a evolução do campo magnético da Terra.

A força e a direção do campo magnético da Terra mudam dependendo da latitude. Por exemplo, o campo magnético atual é mais forte nos pólos e mais fraco no equador. Munidos de informações sobre as propriedades magnéticas dos zircões, os cientistas podem deduzir as latitudes relativas nas quais os zircões se formaram. Ou seja, se a eficiência do geodínamo – o processo que gera o campo magnético – for constante e a intensidade do campo mudar ao longo de um período, a latitude na qual os zircões se formaram também deve mudar.

Mas Tarduno e sua equipe descobriram o oposto: os zircões que estudaram na África do Sul indicaram que, de cerca de 3,9 a 3,4 bilhões de anos atrás, a força do campo magnético não mudou, o que significa que as latitudes também não mudaram.

Como as placas tectônicas envolvem mudanças de latitude para diferentes massas de terra, diz Tarduno, “é provável que os movimentos das placas tectônicas não tenham ocorrido durante esse período e deve haver alguma outra maneira de remover o calor da Terra”.

Para reforçar suas descobertas, os pesquisadores encontraram os mesmos padrões em zircões que estudaram na Austrália Ocidental.

“Não estamos dizendo que os zircões se formaram no mesmo continente, mas parecem ter se formado na mesma latitude imutável, o que fortalece nosso argumento de que não houve movimento de placas tectônicas ocorrendo neste momento”, diz Tarduno.

Tectônica de capa estagnada: uma alternativa à tectônica de placas

A Terra é um motor térmico e as placas tectônicas são, em última análise, a liberação de calor da Terra. Mas a estagnação tectônica do manto – que resulta em rachaduras na superfície da Terra – é outra maneira de permitir que o calor escape do interior do planeta para formar continentes e outras características geológicas.

A tectônica de placas envolve o movimento horizontal e a interação entre grandes placas na superfície da Terra. Tarduno e seus colegas relatam que, em média, as placas dos últimos 600 milhões de anos se moveram pelo menos 8.500 quilômetros (5.280 milhas) de latitude. Em contraste, a tectônica do manto estagnado descreve como a camada mais externa da Terra se comporta como um manto estagnado, sem movimento ativo da placa horizontal. Em vez disso, a camada externa permanece no lugar enquanto o interior do planeta esfria. Grandes plumas de material fundido subindo no interior da Terra podem causar fraturas na camada externa. O movimento da tectônica do manto estagnado não é tão eficiente quanto o movimento das placas tectônicas em liberar calor do manto da Terra, mas ainda leva à formação dos continentes.

“A Terra primitiva não era um planeta onde tudo estava morto na superfície”, diz Tarduno. As coisas ainda estavam acontecendo na superfície da terra; Nossa pesquisa indica que eles não estavam ocorrendo através de placas tectônicas. Tínhamos pelo menos o suficiente dos ciclos geoquímicos fornecidos pelos processos de tampa estagnada para produzir condições adequadas para a origem da vida.”

Preservando um planeta habitável

Embora a Terra seja o único planeta conhecido a experimentar placas tectônicas, outros planetas, como[{” attribute=””>Venus, experience stagnant lid tectonics, Tarduno says.

“People have tended to think that stagnant lid tectonics would not build a habitable planet because of what is happening on Venus,” he says. “Venus is not a very nice place to live: it has a crushing carbon dioxide atmosphere and sulfuric acid clouds. This is because heat is not being removed effectively from the planet’s surface.”

Without plate tectonics, Earth may have met a similar fate. While the researchers hint that plate tectonics may have started on Earth soon after 3.4 billion years, the geology community is divided on a specific date.

“We think plate tectonics, in the long run, is important for removing heat, generating the magnetic field, and keeping things habitable on our planet,” Tarduno says. “But, in the beginning, and a billion years after, our data indicates that we didn’t need plate tectonics.”

Reference: “Hadaean to Palaeoarchaean stagnant-lid tectonics revealed by zircon magnetism” by John A. Tarduno, Rory D. Cottrell, Richard K. Bono, Nicole Rayner, William J. Davis, Tinghong Zhou, Francis Nimmo, Axel Hofmann, Jaganmoy Jodder, Mauricio Ibañez-Mejia, Michael K. Watkeys, Hirokuni Oda and Gautam Mitra, 14 June 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06024-5

The team included researchers from four US institutions and institutions in Canada, Japan, South Africa, and the United Kingdom. The research was funded by the US National Science Foundation.