Qual é a origem do oxigênio na Terra?

A origem do oxigênio é um assunto ainda em debate. O gás oxigênio (O2) é composto por dois átomos do elemento químico oxigênio (O) da tabela periódica e é fundamental para a manutenção da vida de plantas e animais. Sabe-se que na Terra primitiva não havia O2 livre na atmosfera e que esta foi oxigenada em algum momento há alguns bilhões de anos, mas o processo que levou a essa oxigenação não foi totalmente esclarecido. Conheça as principais teorias sobre a história do oxigênio na Terra.

Como era a atmosfera primitiva?

Há aproximadamente 4,5 bilhões de anos, a atmosfera terrestre era composta basicamente por dióxido de carbono (CO2), metano e vapor d’água. Muito diferente da atmosfera atual, que consiste primariamente em nitrogênio e gás oxigênio.

Apesar da luz solar conseguir separar o vapor d’água da atmosfera nos elementos químicos oxigênio (O) e hidrogênio (H), o oxigênio rapidamente reagia com o metano, ficando preso à crosta terrestre. Assim, não restava quase nenhum traço de oxigênio na atmosfera.

Essa situação começou a mudar quando uma força começou a liberar oxigênio de forma constante, alterando a composição atmosférica. Essa força foi um microrganismo: a cianobactéria.

Como era possível a existência de vida no planeta quando não havia gás oxigênio na atmosfera?

Já que, conforme algumas teorias, não havia oxigênio disponível na Terra 3,8 bilhões de anos atrás, o metabolismo dos organismos vivos teria sido anaeróbio, envolvendo o uso de minerais presentes no oceano para a geração de energia.

Porém, há cerca de 2,7 bilhões de anos, um grupo peculiar de microrganismos chamados cianobactérias evoluiu. Esses microrganismos passaram a possuir habilidade fotossintetizante (gerar energia a partir da luz solar). As cianobactérias utilizavam água como fonte de combustível, oxidando-a. E o mais importante, o subproduto da fotossíntese era o oxigênio.

Quando surgiu o oxigênio na Terra?

Uma hipótese é de que o oxigênio liberado na água do mar pelas cianobactérias gradualmente aumentou e, em um período de 200-300 milhões de anos, o oxigênio foi produzido em uma velocidade maior que a velocidade que ele poderia reagir com outros elementos ou ser sequestrado por minerais.

O oxigênio teria se acumulado por vastas faixas oceânicas, oxigenando a água. Gradualmente, o oxigênio acumulado na água passou a escapar para a atmosfera, reagindo com o metano. Com o aumento da concentração de oxigênio, a concentração de metano diminuiu. Esse processo é conhecido como Grande Evento de Oxigenação ou A Grande Oxidação e aconteceu em algum momento entre 2,4 e 2,1 bilhões de anos atrás.

Consequências da oxigenação da atmosfera

O Grande Evento de Oxigenação não só alterou (ainda que de forma indireta) o clima terrestre, mas também a adaptação e evolução dos organismos vivos. 

Além da drástica alteração química da atmosfera terrestre, é hipotetizado que o acúmulo de oxigênio na atmosfera resultou em uma das primeiras eras do gelo. Afinal, o metano é um gás do efeito estufa, capaz de aprisionar o calor da luz solar e aquecer o planeta. 

Com a substituição do metano por oxigênio, as temperaturas globais caíram o suficiente para formar camadas de gelo que se estendiam dos polos aos trópicos.

O oxigênio também foi responsável pela formação da camada de ozônio. A radiação UV do Sol separa as moléculas de oxigênio (O2) em dois átomos de oxigênio (O), que em determinadas condições reagem com outras moléculas de oxigênio, gerando ozônio (O3).

Extinção em massa

Acredita-se que há 2,7 bilhões de anos, quando a vida era totalmente anaeróbia, a evolução das cianobactérias e o consequente surgimento de oxigênio agiu como um veneno, criando o primeiro grande evento de extinção.

A vida que conseguiu sobreviver passou a utilizar o oxigênio para a respiração, já que ele possui um alto potencial de redução, agindo na geração de energia após a quebra de nutrientes. Assim, o oxigênio se tornou indispensável para as atividades metabólicas de boa parte dos organismos.

Organismos também desenvolveram estratégias para detoxificar as espécies reativas de oxigênio (ERO, ou ROS em inglês) resultantes do metabolismo aeróbio. 

O estudo de Song-Can Chen e colaboradores, por exemplo, revelou uma expansão de enzimas e caminhos enzimáticos que acompanharam as adaptações à toxicidade de espécies oxidadas de arsênio produzidas pela Grande Oxidação. Por sua vez, os organismos que não se adaptaram ao uso metabólico do elemento oxigênio permaneceram em ambientes anaeróbios.

O vídeo abaixo, em inglês, mas com legendas em português disponíveis, dá maiores detalhes sobre as consequências acima:

Uma outra hipótese

Em artigo publicado na revista Nature Geoscience, Xuyang Meng e colaboradores consideram a possibilidade de que ao menos uma parte do oxigênio da Terra tenha sido originado da movimentação de placas tectônicas.

No Éon Arqueano (entre 4 a 2,5 bilhões de anos atrás) a Terra era coberta por oceanos verdes ricos em ferro e dominada pela atividade tectônica chamada de “tectônica de placas”. Nesta, a crosta oceânica afunda para o interior do manto terrestre em pontos de convergência chamados de zonas de subducção. 

No entanto, antes deste estudo, a existência da tectônica de placas no Éon arqueano ainda não possuía forte embasamento. As descobertas de Meng e colaboradores sugerem que, pelo processo de subducção, a água oceânica oxigenou o manto terrestre, que é composto basicamente por magma. Os autores teorizam que o oxigênio presente nesse magma passou a ser liberado para a atmosfera durante erupções vulcânicas, colaborando para a oxigenação da atmosfera da Terra.