Reação química no fundo do oceano explica eras do gelo globais de 56 milhões de anos e 4 milhões de anos

Uma reação química no fundo do oceano apareceu como o elemento decisivo que permitiu que uma era do gelo global durasse 56 milhões de anos, enquanto um congelamento posterior terminou após apenas 4 milhões de anos.

Essa conclusão contraria a hipótese, sustentada por muito tempo, de que apenas o carbono liberado por vulcões determinava o “relógio” dos estados climáticos mais extremos da Terra.

Comparando duas eras do gelo

Registros em rochas com mais de 600 milhões de anos apontam para dois congelamentos globais que persistiram por períodos radicalmente diferentes.

Ao reconstruir como o carbono circulou entre oceano e atmosfera, Trent B. Thomas, da University of Washington (UW), mostrou que a intensificação do intemperismo do fundo do mar poderia manter os gases de efeito estufa baixos o bastante para sustentar condições de congelamento profundo por dezenas de milhões de anos.

Nas simulações dele, a liberação de carbono por atividade vulcânica permaneceu dentro da mesma faixa nos dois episódios; ainda assim, apenas o cenário com reações aceleradas no assoalho oceânico conseguiu reproduzir a glaciação prolongada.

Esse descompasso desviou a atenção do que ocorria “no céu” e a levou para o leito oceânico, criando a necessidade de entender como o fundo do mar ganhou um controle tão desproporcional sobre o tempo de duração do clima da Terra.

Por que a Terra permaneceu congelada

Geólogos chamam esses congelamentos profundos em escala planetária de eventos Snowball Earth, fases em que o gelo se espalhou por quase todo o globo e avançou até perto do equador.

“Something should be very different in the carbon system between the two Snowball Earth events if you’re going to have such a dramatic discrepancy,” said Dr. Trent B. Thomas, a planetary scientist at UW.

Vulcões liberam CO₂, enquanto um feedback estabilizador acelera a quebra de rochas em continentes quentes e úmidos e a reduz em períodos frios.

Quando o gelo se expande, superfícies claras refletem a luz solar de volta para o espaço, e geleiras podem continuar avançando à medida que o “termostato” baseado em processos continentais deixa de funcionar.

O fundo do oceano prendeu carbono

Com os continentes lacrados sob gelo, a decomposição de rochas em terra firme praticamente travou, mas a água do mar continuou circulando por fraturas na crosta oceânica.

Esse mecanismo é chamado de intemperismo do fundo do mar: a água do mar reage com rochas do assoalho oceânico e aprisiona carbono na forma de minerais.

À medida que essas reações liberavam íons dissolvidos, minerais contendo carbono se precipitavam, permitindo que o oceano armazenasse mais carbono enquanto os níveis de CO₂ atmosférico caíam.

Embora hoje esse processo tenha participação pequena, o modelo de Thomas sugere que ele poderia virar o principal sumidouro de carbono durante uma cobertura global de gelo que se estenda por milhões de anos.

Milhares de simulações

Para colocar essa proposta à prova, a equipa da UW executou 10.000 simulações envolvendo oceanos, atmosfera e rochas ao longo de um congelamento profundo global.

Em todo o conjunto, as entradas de carbono vindas do interior da Terra permaneceram constantes, enquanto as reações no fundo do mar aceleravam ou desaceleravam.

A configuração que sustentou o congelamento longo foi única: o intemperismo do fundo do mar operou cerca de 25-53 vezes mais rápido do que hoje, muito acima dos valores associados ao congelamento curto.

Como as taxas de liberação de carbono ficaram dentro da incerteza moderna nos testes, os resultados atribuíram ao assoalho oceânico a maior parte do poder de “marcar o tempo”.

Oceanos mais ácidos aceleraram as reações

O CO₂ elevado deixou a água do mar mais ácida durante as glaciações, fazendo com que as rochas do fundo do mar se dissolvessem mais depressa onde quer que a água conseguisse alcançá-las.

Com o gelo bloqueando rios, muito menos lama chegava ao oceano profundo, deixando crostas mais antigas expostas à circulação de água do mar.

Menos sedimento também significa menos “selos” sobre as fissuras do fundo oceânico, o que provavelmente permitiu um fluxo maior de água através delas e, portanto, mais reação.

Essas condições poderiam empurrar o fundo do mar para o papel de principal sumidouro de carbono quando os continentes congelavam e os processos em terra praticamente silenciavam.

Fissuras nas rochas controlaram o fluxo

A textura das rochas foi crucial, porque a água do mar só reage onde consegue entrar e circular pela crosta.

Os cientistas chamam essa abertura de porosidade, a fração de uma rocha composta por espaços vazios conectados.

Perto de fontes hidrotermais quentes no fundo do mar, certos minerais podem se endurecer dentro de fendas, bloqueando o fluxo de água e reduzindo as reações.

Uma crosta mais aberta mantém a reatividade por mais tempo; assim, alterações na porosidade podem decidir se a Terra continua congelada por eras.

Sulfato moldou a duração do gelo

A química do oceano pode ter controlado a porosidade da crosta por meio da quantidade de sulfato - um composto de enxofre dissolvido na água do mar - disponível perto das fontes.

Quando há sulfato em abundância, minerais se formam com mais facilidade em crostas quentes e entopem fendas, reduzindo o contato entre água e rocha.

Evidências geoquímicas apresentadas no artigo indicaram sulfato quase ausente durante a glaciação longa, com recuperação antes da glaciação curta.

Se essa sequência se confirmar, pequenas variações na química da água do mar podem determinar se uma Snowball Earth termina rapidamente ou se se arrasta por muito tempo.

A química manteve o gelo global

Baixo sulfato e poros abertos podem estabelecer um ciclo que mantém elevado o intemperismo do fundo do mar e atrasa o degelo.

Com menos minerais capazes de obstruir, os poros da crosta permanecem abertos, permitindo que mais água do mar circule pelas rochas e sustente a reação.

Uma cobertura de gelo mais duradoura também pode manter os oceanos com pouco oxigênio, o que ajuda a preservar níveis baixos de sulfato.

“This is just meant to get the conversation started,” said Thomas, after laying out how ocean chemistry might control seafloor reactions.

A química oceânica molda planetas

Climas planetários podem depender mais da química do fundo do mar do que os cientistas supunham, especialmente quando a superfície se torna hostil ao intemperismo “comum” das rochas.

Em um mundo coberto de gelo, o gás de efeito estufa pode se acumular lentamente por eras; ainda assim, a química do assoalho oceânico pode decidir quando o gelo recua.

Mesmo sem uma Snowball Earth completa, oceanos mais frios ou fissuras no fundo do mar que permaneçam abertas podem ajustar a velocidade com que o carbono sai da atmosfera.

Os desafios climáticos atuais envolvem mudanças muito mais rápidas e ecossistemas vivos; por isso, este trabalho altera sobretudo a compreensão do tempo geológico profundo, e não previsões para o curto prazo.

A nova explicação conecta a duração de congelamentos globais antigos a reações químicas no fundo do oceano que continuam removendo carbono da atmosfera.

Pesquisas futuras precisarão de evidências em rochas e de registos geoquímicos para confirmar se a porosidade do fundo do mar realmente mudou como o modelo sugere.