História geológica do oxigênio - Geological history of oxygen

Acúmulo de O 2 na atmosfera da Terra . As linhas vermelhas e verdes representam o intervalo das estimativas enquanto o tempo é medido em bilhões de anos atrás (Ga).
Estágio 1 (3,85-2,45 Ga): Praticamente nenhum O 2 na atmosfera.
Estágio 2 (2,45-1,85 Ga): O 2 produzido, mas absorvido nos oceanos e nas rochas do fundo do mar.
Estágio 3 (1,85–0,85 Ga): O 2 começa a sair dos oceanos como gás, mas é absorvido pelas superfícies terrestres e pela formação da camada de ozônio.
Estágios 4 e 5 (0,85 Ga - presente): O 2 é preenchido, o gás se acumula.

Antes da evolução da fotossíntese , a atmosfera da Terra não tinha oxigênio livre (O 2 ). Organismos procarióticos fotossintéticos que produziram O 2 como um produto residual viveram muito antes do primeiro acúmulo de oxigênio livre na atmosfera, talvez há 3,5 bilhões de anos. O oxigênio que eles produziram teria sido rapidamente removido dos oceanos pelo intemperismo de minerais redutores, principalmente o ferro . Essa ferrugem levou à deposição de óxido de ferro no fundo do oceano, formando formações ferríferas bandadas . Assim, os oceanos enferrujaram e ficaram vermelhos. O oxigênio só começou a persistir na atmosfera em pequenas quantidades cerca de 50 milhões de anos antes do início do Grande Evento de Oxigenação . Essa oxigenação em massa da atmosfera resultou no rápido acúmulo de oxigênio livre. Nas taxas atuais de produção primária , a concentração atual de oxigênio poderia ser produzida por organismos fotossintéticos em 2.000 anos. Na ausência de plantas , a taxa de produção de oxigênio pela fotossíntese era mais lenta no Pré - cambriano , e as concentrações de O 2 atingidas eram inferiores a 10% das de hoje e provavelmente flutuaram muito; o oxigênio pode até ter desaparecido da atmosfera novamente há cerca de 1,9 bilhão de anos . Essas flutuações na concentração de oxigênio tiveram pouco efeito direto sobre a vida, com extinções em massa não observadas até o aparecimento de vida complexa por volta do início do período Cambriano , 541  milhões de anos atrás . A presença de O
2
, uma molécula de alta energia, deu à vida novas oportunidades. O metabolismo aeróbico é mais eficiente do que as vias anaeróbicas, e a presença de oxigênio criou novas possibilidades para a vida explorar. Desde o início do período Cambriano , as concentrações de oxigênio atmosférico flutuaram entre 15% e 35% do volume atmosférico. O máximo de 35% foi alcançado no final do período Carbonífero (cerca de 300 milhões de anos atrás), um pico que pode ter contribuído para o grande tamanho dos insetos e anfíbios da época. Embora as atividades humanas, como a queima de combustíveis fósseis , afetem as concentrações relativas de dióxido de carbono, seu efeito na concentração muito maior de oxigênio é menos significativo.

Efeitos na vida

O Grande Evento de Oxigenação teve o primeiro grande efeito no curso da evolução. Devido ao rápido acúmulo de oxigênio na atmosfera, muitos organismos que não dependiam do oxigênio para viver morreram. A concentração de oxigênio na atmosfera é freqüentemente citada como um possível contribuinte para fenômenos evolutivos de grande escala, como a origem da biota multicelular Ediacara , a explosão cambriana , tendências no tamanho do corpo animal e outros eventos de extinção e diversificação.

Os dados mostram um aumento no biovolume logo após o Grande Evento de Oxigenação em mais de 100 vezes e uma correlação moderada entre o oxigênio atmosférico e o tamanho corporal máximo posteriormente no registro geológico. O grande tamanho dos insetos e anfíbios no período Carbonífero , quando a concentração de oxigênio na atmosfera chegava a 35%, tem sido atribuído ao papel limitador da difusão no metabolismo desses organismos. Mas o ensaio de Haldane aponta que isso só se aplica a insetos. No entanto, a base biológica para essa correlação não é firme, e muitas linhas de evidência mostram que a concentração de oxigênio não é limitante de tamanho nos insetos modernos. Limitações ecológicas podem explicar melhor o tamanho diminuto das libélulas pós-carboníferas - por exemplo, o aparecimento de competidores voadores como pterossauros , pássaros e morcegos.

O aumento das concentrações de oxigênio tem sido citado como um dos vários impulsionadores da diversificação evolutiva, embora os argumentos fisiológicos por trás de tais argumentos sejam questionáveis, e um padrão consistente entre as concentrações de oxigênio e a taxa de evolução não seja claramente evidente. O elo mais celebrado entre o oxigênio e a evolução ocorre no final da última das glaciações Snowball , onde a vida multicelular complexa é encontrada pela primeira vez no registro fóssil. Sob baixas concentrações de oxigênio e antes da evolução da fixação de nitrogênio , os compostos de nitrogênio disponíveis biologicamente eram limitados e as "crises de nitrogênio" periódicas podiam tornar o oceano inóspito à vida. Concentrações significativas de oxigênio foram apenas um dos pré-requisitos para a evolução da vida complexa. Modelos baseados em princípios uniformitarianos (ou seja, extrapolando a dinâmica oceânica atual para o tempo profundo) sugerem que tal concentração só foi alcançada imediatamente antes de os metazoários aparecerem pela primeira vez no registro fóssil. Além disso, as condições oceânicas anóxicas ou quimicamente "desagradáveis" que se assemelham àquelas que supostamente inibem a vida macroscópica reaparecem em intervalos durante o início do Cambriano e também no final do Cretáceo - sem nenhum efeito aparente nas formas de vida nessas épocas. Isso pode sugerir que as assinaturas geoquímicas encontradas nos sedimentos oceânicos refletem a atmosfera de uma maneira diferente antes do Cambriano - talvez como resultado do modo fundamentalmente diferente de ciclagem de nutrientes na ausência de planctivório.

Uma atmosfera rica em oxigênio pode liberar fósforo e ferro da rocha, por meio do intemperismo, e esses elementos tornam-se então disponíveis para o sustento de novas espécies cujo metabolismo requer esses elementos como óxidos.

Referências

links externos