Astrobiologia, vulcanismo e tectônica de placas

Erupção do vulcão Calbuco no sul do Chile. O time de astrônomos liderados por Amit Misra usou dados de erupções vulcânicas na Terra para prever como a atmosfera de um exoplaneta tipo Terra poderia se comportar durante tais erupções. Crédito: Alex Vidal Brecas—EPA

Uma pergunta no seminário de astrobiologia na Universidade de Washington levou Amit Misra a trabalhar no estudo das placas tectônicas e seu impacto no estudo da exobiologia.

Sabemos que o movimento das enormes placas da superfície planetária é benéfico para a vida, uma vez que o fenômeno gera a reciclagem entre os compostos químicos de fora para dentro e vice-versa entre o interior do planeta e a sua atmosfera. Nós temos aprendido enormemente sobre placas tectônicas na Terra, mas a questão do seminário que levou ao novo estudo foi:

“Como poderíamos detectar as placas tectônicas em um exoplaneta?”

O resultado do novo estudo foi publicado na Astrobiology. Misra e equipe trabalharam no caso onde os aerossóis de sulfato transitórios produzidos pela liberação de gases vulcânicos poderiam fornecer justamente a assinatura que cientistas tanto necessitam. Eventos vulcânicos explosivos produzidos pela subducção nas bordas das placas tectônicas injetam tais aerossóis diretamente na atmosfera. Uma vez liberados, esses gases podem persistir ao longo de períodos que podem variar de alguns meses ou até por anos.

O artigo científico argumenta que os futuros instrumentos disponíveis no Telescópio Espacial James Webb ou no European Extremely Large Telescope (E-ELT) serão capazes de detectar evidências de erupções através das análises espectrais da atmosfera de exoplanetas em trânsito à frente da sua estrela hospedeira.

Amit Misra explicou:

Eu comecei com a ideia de olhar para as erupções vulcânicas explosivas como uma assinatura para a existência das placas tectônicas. Eu tinha feito alguns trabalhos de modelagem com aerossóis produzidos por erupções vulcânicas para outros projetos, então eu comecei a analisar como nós poderíamos detectar uma erupção e o que ela nos diria.

Os cientistas julgam que atividade geológica é favorável para o surgimento da vida em exoplanetas que residem na zona habitável. As atividades vulcânicas e hidrotermais durante o período Hadeano e através das eras primordiais do Arqueano — desde o momento da formação da Terra até há cerca de 2,5 bilhões de anos — produziram a energia necessária para a vida primordial e promoveram a criação de moléculas de carbono orgânico. Quanto à sobrevivência da vida, a atividade geológica em si ajuda a estabilizar os climas por longo prazo através do ciclo carbonato-silicato, que continua a regular a concentração de CO₂ na atmosfera da Terra.

Então, se podemos detectar vulcanismo explosivo que é produzido pela ação tectônica, teremos outra maneira de avaliar a habitabilidade potencial de exoplanetas da classe terrestre. É verdade que também podemos imaginar habitats, tais como os oceanos em subsolos em luas geladas que persistem sem atividade geológica, mas Misra e seu time inferem que, por enquanto, a astrobiologia se concentrará em biosferas em maior escala, as que afetam a superfície e a atmosfera. O time de Misra argumenta que estes habitats serão os primeiros que teremos a capacidade de detectar e caracterizar.

O artigo explica:

As biosferas exoplanetárias mais facilmente detectáveis ​​serão as de grande biomassa, biosferas de alto metabolismo superficial que persistem por escalas de tempo geologicamente significativas. Isto deve ser considerado porque as pequenas biosferas ou as biosferas que não têm contato direto com a atmosfera terão influência mínima na composição atmosférica. Além disso, as biosferas de curta duração não são susceptíveis de se sobrepor temporalmente com as nossas observações.

Nós argumentamos que a atividade geológica é necessária para a gênese e manutenção destas biosferas detectáveis. Nós propomos que os aerossóis transientes de sulfato poderiam ser uma assinatura espectral para a atividade vulcânica e que a detecção destes aerossóis poderia ajudar a validar as condições de habitabilidade.

Os pesquisadores usaram espectros transmitidos durante o trânsito tomando a Terra como um modelo para testar a detecção de aerossóis transientes de sulfato na estratosfera. Eles usaram parâmetros semelhantes aos do planeta Terra para o raio, massa e composição atmosférica no modelo do exoplaneta. Os análogos da Terra incluídos no modelo orbitam tanto uma estrela classe G semelhante ao Sol e como também uma anã-vermelha da classe M5. Em ambos os casos, os cientistas assumiram exoplanetas residentes na zona habitável de suas estrelas hospedeiras. Dados de observatórios espaciais que medem os aerossóis aqui na Terra foram utilizados como diferentes parâmetros sobre a cobertura das nuvens e altitudes.

E qual foi o resultado?

A evidência de vulcanismo é detectável usando espectros de transmissão de trânsitos de exoplanetas que residem até cerca de 10 parsecs do Sol. Para que o processo dê certo, deveremos saber excluir os falsos positivos que poderiam ser resultantes de tempestades de poeira ou impactos de objetos vindos do espaço. Enquanto os aerossóis de sulfato transitórios são injetados na atmosfera por vulcanismo explosivo na Terra, que ocorre largamente nas bordas convergentes das placas tectônicas, o estudo enfatiza a necessidade de certa cautela:

… até mesmo uma tentativa de reivindicação da presença das placas tectônicas exigiria uma detecção de aerossóis transitórios de sulfato, juntamente com outras observações tanto do sistema estelar quanto das condições exoplanetárias, além da modelagem em si.

Detectar em conjunto tanto os aerossóis transientes quanto o oxigênio atmosférico comporia uma bioassinatura ainda muito mais interessante do que a detecção do oxigênio por si só. O artigo acrescentou:

Na ausência de fluxos de superfície de gases reduzidos [1], o oxigênio pode, potencialmente, acumular-se em uma atmosfera mesmo sem a presença de vida, tornando o O₂ sozinho uma bioassinatura ambígua. No entanto, a detecção de vulcanismo sugere fortemente uma fonte de gases reduzidos [1] que reagem com o oxigênio, consumindo-o, e que, portanto, fortalece o cenário da existência do excesso de oxigênio biogênico.

O artigo científico assinado por Misra et al., intitulado “Transient Sulfate Aerosols as a Signature of Exoplanet Volcanism” foi publicado na Astrobiology. Os coautores são Joshua Krissansen-Totton, Matthew Koehler e Steven Sholes, estudantes do Departamento de Ciências da Terra e Espaço da Universidade de Washington, afiliados do programa de astrobiologia.

Nota 

[1] Gases reduzidos são gases com baixo índice de oxidação, em geral ricos em hidrogênio, tais como o metano, o sulfeto de hidrogênio e a amônia.

Fontes

Centauri Dreams: Volcanism and Astrobiology

Universidade de Washington: Atmospheric signs of volcanic activity could aid search for life

Artigo Científico

Transient Sulfate Aerosols as a Signature of Exoplanet Volcanism

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