Oceanos da Terra já foram verdes, e podem mudar de cor novamente

A razão pela qual os oceanos da Terra podem ter tido uma aparência diferente no passado antigo tem a ver com sua química e a evolução da fotossíntese. Como estudante de graduação em geologia, fui ensinado sobre a importância de um tipo de depósito de rocha conhecido como formação de ferro em faixas (também conhecido como formações ferríferas bandadas, ou itabirito) no registro geológico da história de nosso planeta.

As formações de ferro em faixas foram depositadas nas eras Arqueana e Paleoproterozoica, aproximadamente entre 3,8 bilhões e 1,8 bilhão de anos atrás. Naquela época, a vida na Terra estava restrita a organismos unicelulares nos oceanos. Os continentes eram uma paisagem estéril de rochas e sedimentos cinzentos, marrons e pretos.

A chuva que caía sobre as rochas continentais dissolvia o ferro, que era transportado para os oceanos pelos rios. Outras fontes de ferro eram os vulcões no fundo dos oceanos. Esse ferro será importante mais tarde.

O éon Arqueano foi uma época em que a atmosfera e o oceano da Terra eram desprovidos de oxigênio gasoso, mas também quando os primeiros organismos a gerar energia a partir da luz solar evoluíram. Esses organismos usaram a fotossíntese anaeróbica, o que significa que eles podem fazer a fotossíntese na ausência de oxigênio.

Isso provocou mudanças importantes, pois um subproduto da fotossíntese anaeróbica é o gás oxigênio. O gás oxigênio se liga ao ferro na água do mar. O oxigênio só existia como gás na atmosfera quando o ferro da água do mar não conseguia mais neutralizar o oxigênio.

Por fim, a fotossíntese inicial levou ao “grande evento de oxidação”, um importante ponto de virada ecológico que tornou possível a vida complexa na Terra. Isso marcou a transição de uma Terra em grande parte livre de oxigênio para uma com grandes quantidades de oxigênio no oceano e na atmosfera.

As “faixas” de cores diferentes nas formações de ferro em faixas registram essa mudança com uma alternância entre depósitos de ferro ocorridos na ausência de oxigênio e de ferro oxidado vermelho.

O argumento dos oceanos verdes

O argumento do artigo recente a favor dos oceanos verdes no éon Arqueano começa com uma observação: as águas ao redor da ilha vulcânica japonesa de Iwo Jima têm uma tonalidade esverdeada ligada a uma forma de ferro oxidado – Fe(III). As algas verde-azuladas se desenvolvem nas águas verdes que circundam a ilha.

Apesar de seu nome, as algas verde-azuladas são bactérias primitivas e não algas verdadeiras. No éon Arqueano, os ancestrais das algas verde-azuladas modernas evoluíram junto com outras bactérias que usam ferro em vez de água como fonte de elétrons para a fotossíntese. Isso aponta para altos níveis de ferro no oceano.

Os organismos fotossintéticos usam pigmentos (principalmente clorofila) em suas células para transformar dióxido de carbono (CO₂) em açúcares usando a energia do Sol. A clorofila dá às plantas sua cor verde. As algas verde-azuladas são peculiares porque carregam o pigmento comum de clorofila, mas também um segundo pigmento chamado ficoeritrobilina (PEB).

Em seu artigo na Nature, os pesquisadores descobriram que algas verde-azuladas modernas geneticamente modificadas com PEB crescem melhor em águas verdes. Embora a clorofila seja excelente para a fotossíntese nos espectros de luz visíveis para nós, o PEB parece ter um desempenho superior em condições de luz verde.

Antes do surgimento da fotossíntese e do oxigênio, os oceanos da Terra continham ferro reduzido dissolvido (ferro depositado na ausência de oxigênio). O oxigênio liberado pelo surgimento da fotossíntese no éon Arqueano levou ao ferro oxidado na água do mar. As simulações de computador do artigo também descobriram que o oxigênio liberado pela fotossíntese inicial levou a uma concentração alta o suficiente de partículas de ferro oxidado para tornar a água da superfície verde.

Uma vez que todo o ferro no oceano foi oxidado, o oxigênio livre (0₂) existia nos oceanos e na atmosfera da Terra. Portanto, uma das principais implicações do estudo é que os mundos “pálidos pontos verdes” vistos do espaço são bons candidatos a planetas para abrigar vida fotossintética primitiva.

As mudanças na química dos oceanos foram graduais. O éon Arqueano durou 1,5 bilhão de anos. Isso representa cerca de um terço da história da Terra. Em comparação, toda a história do surgimento e da evolução da vida complexa representa cerca de um oitavo da história da Terra.

É quase certo que a cor dos oceanos mudou gradualmente durante esse período e, possivelmente, oscilou. Isso poderia explicar por que as algas verde-azuladas desenvolveram as duas formas de pigmentos fotossintéticos. A clorofila é melhor para a luz branca, que é o tipo de luz solar que temos hoje. Tirar proveito da luz verde e branca teria sido uma vantagem evolutiva.

Os oceanos podem mudar de cor novamente?

A lição do recente artigo é que a cor dos nossos oceanos está ligada à química da água e à influência da vida. Podemos imaginar diferentes cores de oceanos sem recorrer muito à ficção científica.

Oceanos roxos seriam possíveis na Terra se os níveis de enxofre fossem altos. Isso poderia estar relacionado à intensa atividade vulcânica e ao baixo teor de oxigênio na atmosfera, o que levaria ao predomínio de bactérias sulfurosas roxas.

Oceanos vermelhos também são teoricamente possíveis em climas tropicais intensos quando o ferro oxidado vermelho se forma a partir da decomposição de rochas na terra e é levado para os oceanos por rios ou ventos. Ou se um tipo de alga ligada às “marés vermelhas” viesse a dominar a superfície dos oceanos.

Essas algas vermelhas são comuns em áreas com intensa concentração de fertilizantes, como o nitrogênio. Nos oceanos modernos, isso tende a acontecer em litorais próximos a despejos de esgotos.

À medida que o nosso Sol envelhece, ele primeiro se tornará mais brilhante, levando ao aumento da evaporação da superfície e intensa radiação ultravioleta. Isso pode favorecer as bactérias roxas que vivem em águas profundas sem oxigênio.

Isso resultará em mais tons roxos, marrons ou verdes nas áreas costeiras ou estratificadas, com menos cor azul profunda na água à medida que o fitoplâncton diminui. Por fim, os oceanos vão evaporar completamente à medida que o Sol se expandir para abranger a órbita da Terra.

Em escalas de tempo geológicas, nada é permanente, e as mudanças na cor de nossos oceanos são, portanto, inevitáveis.

* Cédric M. John é Professor e Diretor de Ciência de Dados para Meio Ambiente e Sustentabilidade, Queen Mary University of London.