Como a rotação da Terra e os dias mais longos se conectam à oxigenação da atmosfera

A Terra não tem dias sempre iguais. Desde que se formou, há cerca de 4,5 mil milhões de anos, a rotação do planeta tem vindo a abrandar lentamente - e isso faz com que, muito gradualmente, os dias fiquem mais longos.

No nosso quotidiano, em Portugal ou em qualquer outro lugar, essa diferença é impercetível. Mas, em escalas de tempo geológicas, é suficiente para provocar mudanças de fundo. Uma delas pode ser a mais importante para nós: um estudo de 2021 sugere que o alongamento dos dias está ligado à oxigenação da atmosfera terrestre.

Em concreto, as algas azul-esverdeadas (ou cianobactérias) que surgiram e se espalharam há cerca de 2,4 mil milhões de anos teriam conseguido produzir mais oxigénio como subproduto metabólico precisamente porque os dias estavam a ficar mais longos.

"Uma questão persistente nas ciências da Terra tem sido como é que a atmosfera da Terra ganhou oxigénio e que fatores controlaram quando essa oxigenação aconteceu", explicou em 2021 o microbiologista Gregory Dick, da Universidade do Michigan.

"A nossa investigação sugere que a velocidade a que a Terra gira - por outras palavras, a duração do dia - pode ter tido um efeito importante no padrão e no momento da oxigenação da Terra."

Há duas peças principais nesta história que, à primeira vista, parecem pouco relacionadas. A primeira é que a rotação da Terra está a abrandar.

O motivo desse abrandamento é a atração gravitacional da Lua, que provoca uma desaceleração da rotação, uma vez que a Lua se está a afastar lentamente.

Sabemos, com base no registo fóssil, que há 1,4 mil milhões de anos os dias tinham apenas 18 horas, e que há 70 milhões de anos eram meia hora mais curtos do que hoje. As evidências indicam que estamos a ganhar 1,8 milissegundos por século.

A segunda peça é o chamado Grande Evento de Oxidação - quando as cianobactérias surgiram em quantidades tão grandes que a atmosfera da Terra registou um aumento acentuado e significativo de oxigénio.

Sem essa oxidação, os cientistas consideram que a vida como a conhecemos não teria aparecido; por isso, embora hoje as cianobactérias possam suscitar algum "olhar de lado", provavelmente não estaríamos aqui sem elas.

Ainda há muito por esclarecer sobre este evento, incluindo perguntas essenciais como por que razão aconteceu quando aconteceu e não mais cedo na história da Terra.

Foi preciso cientistas a trabalhar com micróbios cianobacterianos para ligar os pontos. No sumidouro de Middle Island, no Lago Huron, existem tapetes microbianos que são considerados um análogo das cianobactérias responsáveis pelo Grande Evento de Oxidação.

Cianobactérias roxas que produzem oxigénio através da fotossíntese e micróbios brancos que metabolizam enxofre competem num tapete microbiano no fundo do lago.

À noite, os micróbios brancos sobem para o topo do tapete microbiano e fazem a sua "refeição" de enxofre. Quando amanhece, e o Sol sobe o suficiente no céu, os micróbios brancos recuam e as cianobactérias roxas vêm para cima.

"Agora podem começar a fazer fotossíntese e a produzir oxigénio", disse a geomicrobióloga Judith Klatt, do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha, na Alemanha.

"No entanto, demoram algumas horas até realmente arrancarem; há um longo atraso de manhã. As cianobactérias parecem ser mais tardias do que 'pessoas matinais'."

Isto significa que a janela diurna em que as cianobactérias conseguem libertar oxigénio é muito limitada - e foi este detalhe que chamou a atenção do oceanógrafo Brian Arbic, da Universidade do Michigan. Ele perguntou-se se a mudança da duração do dia ao longo da história da Terra teria influenciado a fotossíntese.

"É possível que um tipo semelhante de competição entre micróbios tenha contribuído para o atraso na produção de oxigénio na Terra primitiva", explicou Klatt.

Para demonstrar esta hipótese, a equipa fez experiências e medições com os micróbios, tanto no seu ambiente natural como em laboratório. Também realizou estudos de modelação detalhados, com base nos resultados, para ligar a luz solar à produção microbiana de oxigénio e, por sua vez, a produção microbiana de oxigénio à história da Terra.

"A intuição sugere que dois dias de 12 horas deveriam ser semelhantes a um dia de 24 horas. A luz do Sol sobe e desce duas vezes mais depressa, e a produção de oxigénio acompanha isso passo a passo", explicou o cientista marinho Arjun Chennu, do Centro Leibniz de Investigação Marinha Tropical, na Alemanha.

"Mas a libertação de oxigénio a partir dos tapetes bacterianos não acompanha, porque está limitada pela velocidade da difusão molecular. Esse desacoplamento subtil entre a libertação de oxigénio e a luz solar está no centro do mecanismo."

Estes resultados foram integrados em modelos globais dos níveis de oxigénio, e a equipa concluiu que os dias mais longos estavam ligados ao aumento do oxigénio na Terra - não apenas no Grande Evento de Oxidação, mas também noutra segunda oxigenação atmosférica, chamada Evento de Oxigenação Neoproterozóico, entre há cerca de 550 e 800 milhões de anos.

"Juntamos leis da física que operam em escalas muito diferentes, desde a difusão molecular até à mecânica planetária. Mostramos que existe uma ligação fundamental entre a duração do dia e a quantidade de oxigénio que pode ser libertada por micróbios que vivem no fundo", disse Chennu.

"É bastante entusiasmante. Assim, ligamos a dança das moléculas no tapete microbiano à dança do nosso planeta e da sua Lua."

A investigação foi publicada na Nature Geoscience.

Uma versão anterior deste artigo foi publicada em agosto de 2021.