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jun 03

O paradoxo do Sol fraco foi esclarecido? Como a Terra primitiva tornou-se calorosa e hospitaleira?

Uma espessa camada de nuvens orgânicas, similar a que observamos hoje em Titã, pode ter envolvido a Terra há bilhões de anos, nos seus primórdios, protegendo a vida primitiva tanto da danosa radiação ultravioleta solar quanto do congelamento advindo do tênue brilho solar, com 70% da intensidade atual. Crédito: NASA/JPL/Space Science Institute

Uma espessa camada de nuvens orgânicas, similar a que observamos hoje em Titã, pode ter envolvido a Terra há bilhões de anos, nos seus primórdios, protegendo a vida primitiva tanto da danosa radiação ultravioleta solar quanto do congelamento advindo do tênue brilho solar, que tinha apenas 70% da intensidade atual. Crédito: NASA/JPL/Space Science Institute

Cientistas revelam como nosso planeta pode ter se mantido quente desde os seus primórdios, quando o Sol era substancialmente menos brilhante do que é hoje. A nova explicação reside na presença primordial de uma mistura complexa de gases responsáveis pelo efeito estufa, similares aos que agora envolvem a massiva lua Titã, que orbita o planeta Saturno.

Além disso, estas novas descobertas também poderão esclarecer sobre como os blocos básicos de construção da vida poderiam ter se formado na Terra.

O paradoxo do Sol fraco

Nos primórdios do Sistema Solar, quando o Sol era jovem, os modelos estelares sugerem que ele era uma estrela com apenas 70% do brilho atual. Paradoxalmente, durante os primeiros dois bilhões de anos da história do planeta Terra, a superfície do planeta era quente o suficiente para não formar geleiras e permitir um ambiente hospitaleiro para  a vida inicial se desenvolver.

A idéias antigas não convenciam

Há algum tempo, Carl Sagan e outros cientistas [ Science (1972), Carl Sagan & George Mullen: Earth and Mars: Evolution of Atmospheres and Surface Temperatures ] têm proposto uma série de soluções possíveis para esse aparente paradoxo do Sol jovem e fraco. As hipóteses sugeridas geralmente envolvem ambientes com gases de efeito estufa que teriam aprisionado o calor para o isolamento climático da Terra. Estes gases, contudo, seriam mais poderosos que o dióxido de carbono e o vapor de água que atualmente ajudam a manter o nosso planeta aquecido na atualidade.

No entanto, as idéias anteriormente sugeridas apresentavam sérios inconvenientes: os raios ultravioletas do Sol primordial teriam quebrado rapidamente compostos químicos importantes, como por exemplo, a amônia, poderoso gás de efeito estufa, tornando-o escasso, enquanto que a mistura primitiva atmosférica de metano e azoto teria sido suficiente para impedir que a luz visível solar atingisse de forma substancial a Terra, prejudicando seu aquecimento.

A teoria da névoa orgânica e Titã

Agora, os pesquisadores propõem que uma densa névoa de nitrogênio e carbono carregada de compostos orgânicos semelhantes aos que atualmente são observados em Titã poderia ter feito o trabalho, se uma parcela significativa de partículas orgânicas se agrupou em estruturas maiores e complexas. Assim, as partículas esféricas menores teriam interagido com as ondas curtas, a radiação ultravioleta, enquanto os maiores, complexas estruturas orgânicas feitas de partículas menores seriam afetadas pelas ondas mais longas, como os comprimentos de onda visíveis.

O resultado final deste arranjo químico, apelidado de “distribuição de tamanho fractal”, seria uma névoa de aerossóis opaca o suficiente para bloquear a radiação ultravioleta (ondas curtas). Sem esta proteção, a radiação UV teria prejudicado ou impedido a evolução da vida primordial [hoje, cabe a camada de ozônio desempenhar o papel de defesa da Terra contra a radiação UV solar]. Ao mesmo tempo, a atmosfera se apresentava como suficientemente transparente para permitir que os comprimentos de onda da luz visível manteriam a atmosfera quente e úmida do planeta, tornando-o hospitaleiro o suficiente para a vida primitiva emergir.

“É surpreendente como as moléculas com formas complexas poderiam ter feito tamanha diferença”, disse o investigador Eric Wolf, um cientista atmosférico da Universidade do Colorado em Boulder.

As partículas menores, atuando como escudo na proteção contra os raios ultravioleta, também acabariam por proteger a amônia, que teria servido como um potente gás estufa. Curiosamente, a amônia pode também desempenhar um papel importante na criação dos componentes de uma “sopa primordial”, com componentes básicos para a formação da vida. Sabemos, há 60 anos, que quando amônia e metano são expostos a descargas elétricas, aminoácidos e outros blocos construtores da vida podem se formar.

Amônia presente?

Wolf disse:

Esta idéia havia caído em desuso porque a amônia é instável na presença dos raios ultravioleta e o fato dos astrobiólogos terem olhado com mais atenção para as fontes hidrotermais como sistemas para a criação de compostos orgânicos complexos e, conseqüentemente, a vida, nos últimos 15 a 20 anos. Nosso modelo explica a existência de amônia, que poderia ter permitido a química orgânica interessante ter tido lugar na atmosfera.

Christopher Chyba cientista planetário da Universidade de Princeton, que não participou diretamente neste estudo, disse:

A idéia da presença de amônia na atmosfera para ajudar a resolver o problema do paradoxo do Sol jovem remonta a quase 40 anos. Agora a nova pesquisa sugere que esta ainda é uma idéia viável. O fato de ter levado tanto tempo para só agora modelarmos cuidadosamente a natureza das neblinas orgânicas é um pouco decepcionante e também um lembrete de que um pouco de humildade está presente aqui, se pensarmos em termos desta teoria. Existem provavelmente algumas outras surpresas teóricas aguardando por nossas descobertas.

Quando se trata de uma visão ampla, este é um lembrete do enorme valor dos benefícios exploração planetária, uma vez que uma melhor compreensão de Titã e sua névoa poderiam ajudar na construção de um modelo para a Terra primitiva.

Além disto, devemos lembrar que há outro modelo que poderia ajudar o paradoxo do Sol jovem e fraco: a Terra estaria coberta por Oceanos, cujo baixíssimo albedo atuaria fortemente na retenção do calor solar.

Wolf e seu colega Brian Toon detalharam suas descobertas na edição de 04 de junho da revista Science.

Fontes

Universe Today: Early Faint Sun Paradox Explained?

Space.com:

EurekAlert!: Early Earth haze likely provided ultraviolet shield for planet, says CU-Boulder study

AstroPT: Paradoxo explicado

Science:

._._.

8 comentários

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  1. ROCA :
    Bem comentado Denis. Lembre-se também que há outro modelo que ajuda a elucidar o paradoxo do Sol jovem e fraco: a Terra estaria coberta por Oceanos, cujo baixíssimo albedo atuaria fortemente na retenção do calor solar.
    http://www.space.com/scienceastronomy/young-sun-paradox-solved-100331.html
    De qualquer forma entendo que este interessantíssimo tema ainda tem muito a evoluir dada a complexidade das variáveis envolvidas na simulação dos cenários primordiais.

    Ah sim, esqueci um detalhe: Se realmente o albedo fosse a unica resposta, isso explicaria bem a situação da Terra, mas como sempre os cientistas só se fixam no nosso planeta e esquecem que isso tudo é um conjunto e bem mais complexo!E Marte roca? Marte não tem ou tinha oceanos tão vastos como os nossos, e, no entanto ele passou por um periodo de calor e clima ameno?Oceanos?Marte não tinha um enorme oceano!e ele esquentou!Como se explica? Afinal o sol brilha a todos e não só a Terra! 😉

    1. ROCA

      De fato só o albedo não responde tudo.

      No caso de Marte, sabemos agora que Marte teve um passado “molhado”, 1/3 de Marte esteve coberto por oceanos há 3 bilhões de anos. Leia: http://eternosaprendizes.com/2010/06/16/mais-de-um-terco-de-marte-foi-coberto-por-oceanos/

      O problema é que Marte sofreu a erosão atmosférica pelo vento solar. Como Marte não possuía um poderoso campo magnético para defendê-lo da furia solar a sua atmosfera foi (literalmente) para o espaço, ou seja, o hidrogênio da água foi perdido e o oxigênio permaneceu oxidando o planeta… Caso semelhante sofreu Vênus que também perdeu seu hidrogênio para o espaço. Leia: http://eternosaprendizes.com/2010/03/16/como-o-vento-solar-faz-com-que-marte-perca-continuamente-sua-atmosfera-para-o-espaco/

  2. ROCA :
    Bem comentado Denis. Lembre-se também que há outro modelo que ajuda a elucidar o paradoxo do Sol jovem e fraco: a Terra estaria coberta por Oceanos, cujo baixíssimo albedo atuaria fortemente na retenção do calor solar.
    http://www.space.com/scienceastronomy/young-sun-paradox-solved-100331.html
    De qualquer forma entendo que este interessantíssimo tema ainda tem muito a evoluir dada a complexidade das variáveis envolvidas na simulação dos cenários primordiais.

    Até entendo roca, mas observe o mapa geográfico de venus, da pra ver claramente que ishtar Terra e o outro são continentes, acoplei em meu celestia um módulo chamado blue venus aonde aparece como seria venus terraformado com oceanos e cara! os continentes são IDENTICOS aos proto-continentes da nossa terra! Alem do fato que se vc olhar bem verá que não há “encaixes” como por ex. o Brasil e a Africa. Ao vê-los e ver tambem as pequenas “ilhas” que eles chamam de planicies, percebe-se que são muito semelhantes aos nossos proto-continentes antes de eles se juntarem, acho que só tiraremos a duvida quando conseguirimos uma amostra deles, sugiro o maxwel mons pq é uma montanha e esta situada em cima de um “continente”. Se tal formação for formada de granito e tiver +- entre 4 e 3,5 bilhoes de anos teremos possivelmente uma resposta similar ao que citei acima: Vênus começou seu processo de formação continental e tinha oceanos, mas sua densa atm acabou matando ele.Numa dessa é que dá vontade de ser bilionário, puts eu, com certeza, faria de tudo pra tirar uma amostra (ou varias) daquele solo! Com elas acho que 50% das respostas que afligem sobre como nosso sistema solar foi criado fica elucidada! 🙂

    1. ROCA

      De fato, pensa-se hoje que Vênus teve um passado bem diferente do que vemos hoje, talvez coberto de água.

      Resumindo: “a radiação ultravioleta do Sol atravessa a atmosfera de Vênus dissociando as moléculas de água em seus componentes básicos: duas moléculas de hidrogênio e uma de oxigênio. E o hidrogênio, mais leve, em uma atmosfera aquecida, erodida pelo violento vento solar, acaba por escapar para o espaço.”

      Leia mais aqui:

      Terá sido Vênus um planeta habitável?
      http://eternosaprendizes.com/2010/06/28/tera-sido-venus-um-planeta-habitavel/

  3. Fico confuso!A terra não se aquece por irradiação?O infravermelho bate no solo e é refletido para cima, para o espaço, certo? Agora imagine que nesse caminho de subida ele tenha que interagir com moleculas durante seu percurso…Dependendo da quantidade de moléculas ele nem chega até ao espaço, ele é consumido e incorporado não é?Afinal ele interage com o meio, aquecendo o que tiver pela frente e se tiver uma quantidade “medonha” de moleculas a transpassar ele acaba saindo com a metade da energia (kJ) com que entrou, dispersando mais calor na atmosfera devido a sua alta densidade.Agora imagine Venus, Terra e Marte com atmosferas muito densas: O sol tem apenas 70% da capacidade e vênus está mais proximo com atm densa e devido a fraca iluminação ele consegue manter no seu limite de calor e começa a evoluir: Água liquida (talvez acima dos 100, mas devido a pressão água encontra um pto de equilibrio e evapora lentamente) e desenvolve oceanos escaldantes e proto-continentes; A Terra mais atráz, no meio da zona tem temperatura alta, mas não tão alta como a de Vênus, o que permite maior estabilidade e clima ameno;Marte bem mais para traz tem 2 hipóteses: 1º: Se sua órbita estivesse mais proxima da estrela como eu acho que estava, creio que ainda era o suficiente para reter calor umidificando a superficie devido a essa mesma alta densidade atmosferica, porem era frio, o extremo oposto de venus: quase congelando, porem ainda permitia agua líquida tornando-se frio e úmido ao contrário do quente e umido que estamos a acostumados a ouvir.2º: Se sua orbita sempre esteve aproximadamente a essa mesma distancia de hoje então a primeira hipotese ocorreu depois que o sol saiu de seu estado T-tauri.
    O sol começa a entrar na sequencia prinicpal: OPA B.O PRA VENUS: Devido a sua densa atmosfera e seu “limite de calor” sido alcançado ele nao aguenta o aumento da temperatura pois o estagio t-tauri durou menos tempo que o seria necessário para o planeta atravez de seus processos geologicos e fisico-quimicos e talvez biológicos poder reciclar e estabilizar sua atm em niveis aceitaveis e começou a literalmente a ferver e se tornou o que é hoje mostrando apenas a presença de seus proto- continentes como lembrança de um futuro que seria promissor.A terra estava na distancia correta, a vida já teria começado a surgir, sua distancia era adequada, bem mais quente é verdade, mas não o suficiente para ferver e atraves dos mesmo processo mencionados acima conseguiu estabilizar-se depois de alguns bilhões de anos.Marte, lá atraz com aumento da energia solar, começou a aquecer-se mais um pouco, e teve atmosfera densa e começou a evoluir, porem tinha um ponto muito fraco: gravidade.Sua densa atmosfera começou a esvanecer embora seu campo magnetico ajudasse a protegê-la, mas ele foi ficando cada vez mais fraco devido ao fato do planeta ser menor e menos denso que sua irmã maior: a terra e a at, começou a ficar rala devido ao seu escape para o espaço, mas durante esse periodo muito dela ficou na sua superficie em forma de carbonatos, nitrato entre outros compostos e se bobear deve ter lá pelo menos umas 2 atm só de compostos absorvido pelos processos e começou a congelar.Se houve vida neles? Em Vênus duvido!A alta temperatura desde seu inicio foi forte candidato a coibir tal formação embora não impediu a formaçao de agua em estado líquido. Em marte? Talvez, afinal o planeta passiu por temperaturas amenas e am alguns poucos lugares do planetas, naquela época, apresentavam condiçoes perfeitas para a formação da vida. Em resumo: o que “matou” Vênus e “deu vida” a marte por um curto periodo foi a mesma coisa que permitiu à Terra manter-se estável durante toda sua jornada: “Sua atmosfera densa”

    1. ROCA

      Bem comentado Denis. Lembre-se também que há outro modelo que ajuda a elucidar o paradoxo do Sol jovem e fraco: a Terra estaria coberta por Oceanos, cujo baixíssimo albedo atuaria fortemente na retenção do calor solar.

      http://www.space.com/scienceastronomy/young-sun-paradox-solved-100331.html

      De qualquer forma entendo que este interessantíssimo tema ainda tem muito a evoluir dada a complexidade das variáveis envolvidas na simulação dos cenários primordiais.

  4. Almir

    Não sei se “A teoria da névoa orgânica e Titã” seria a melhor explicação.
    Tendo como referência Marte que ao que parece também foi quente (existência de água líquida na superfície) nos seus primórdios (por volta de 4 a 3,5 bilhões de anos atrás) imagino que talvez seja possível explicar o efeito estufa somente com CO2 (O que poderia estar presente em concentrações de várias atmosferas) e metano/amônia (???). Marte é muito pobre em N2 e seus isótopos presente atualmente não indicam que era rico nesse elemento.
    Possívelmente o que ocorreu na Terra ocorreu em Marte. Muito vulcanismo e uma atmosfera carregada de CO2 e água (que também é um gás de efeito estufa) salpicada de outros gases de efeito estufa (metano, amônia, etc em menores quantidades, talvez um pouco desses compostos nitrogenados).

  5. Valter

    Fantástico esse WebSite!
    Minha sugestão: Vamos criar um Forum de discussões, onde poderemos trocar conhecimentos, idéias e fazer novas amizades.
    Minha dúvida?
    Se acelerar a velocidade diminui o tempo, qual a relação da temperatura com o tempo/espaço?
    Se a criogênese consegue manter um corpo integro, e o calor é fonte de transformação, pergunto:
    Qual a temperatura de origem da luz?
    Toda fonte de Luz é quente?
    Será que o universo, ao se expandir, não está se desintegrando?
    Essa desintegração seria matéria e energia escura?
    Ao acelerar essa matéria/energia escura, seria possível criar um buraco de minhoca?

    Amigos, vamos trocar ideias, vamos melhorar o mundo.
    Abraços a todos.
    Valter Maron.

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