Entendendo os mecanismos de formação de metano na Terra primitiva

                                     [Texto publicado Universo Racionalista]

Representação gráfica da Terra de 4 bilhões de anos atrás. Alguns pesquisadores defendem a tese que a Terra foi quase totalmente coberta de água; assim permitindo a diluição de compostos e permitindo a origem da Vida em hidrotermais.

Os compostos orgânicos são baseados na química do carbono. O metano (CH4) é o composto orgânico estável mais simples existente na natureza. Os cientistas acreditam que alguns cenários da Terra primitiva houvesse formação de metano mesmo na ausência de organismos. 

Sabemos atualmente que o metano é o produto de degradação de alguns microrganismos, mas também pode ser produzido por vias abióticas, ou seja, por processos geológicos. Uma possível rota (abiótica) de formação do metano é a partir da água (H2O) e hidrogênio (H2). A reação envolvida nessa caso seria do tipo Fischer-Tropsch (FT), sendo ser representada resumidamente pela equação: CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O. O que fica evidente é que, uma vez que tenha ocorrido a formação de hidrogênio - uma possibilidade é a partir da decomposição água através de fotoquímica causada por fonte de radiação ultravioleta (certamente mais intensa no período da Terra primitiva) - este reage com o dióxido de carbono presente no ambiente e forma metano. Simulações de hidrotermais em laboratório já demonstraram a possibilidade de reações desse tipo em temperaturas maiores que 200 °C [Fu e colaboradores, 2007]

Um exemplo de fonte hidrotermal atual emitindo dióxido de carbono. Localizado aos arredores do vulcão submarino Eifuku (Japão).

Nos últimos anos têm sido proposto novas possibilidades de geração de metano por via abiótica, como as que envolvem baixas temperaturas (menor que 150 °C). Cálculos termodinâmicos têm apoiado essa hipótese, e se baseiam em processos de hidratação desde que exista uma fonte de carbono. Estudos envolvendo minerais como olivina têm sido promissores para essa rota de obtenção de metano abiótico [Oze & Sharma, 2005]. Ao contrário das reações do tipo FT, esse tipo de processo não requer moléculas de hidrogênio presentes no ambiente para a geração de metano [Suba e colaboradores, 2014].

No recente trabalho desenvolvido por Suda e colaboradores, foi realizada uma comparação de diferentes amostras coletadas em locais distintos da fonte hidrotermal Hakuba Happo (Japão). Nessa região há a formação de serpentinita (constituída por olivina), uma rocha que resulta de processos geoquímicos. Essas hidrotermais são consideradas modelos de ambientes pré-bióticos, nos quais puderam ter ocorrido síntese de material orgânico há bilhões de anos atrás.

A novidade da pesquisa realizada por Suda e colaboradores é lançar luz sobre os prováveis mecanismos de formação abiótica do metano em sistemas hidrotermais. Segundo o pesquisador do instituto de tecnologia de Tóquio, os detalhes desse processo ainda não tinham sido satisfatoriamente compreendidos.

Em síntese, o que os pequisadores fizeram foi medir o pH e temperatura, bem como o conteúdo de gás e de íons das amostras de água tanto em termos de concentração e proporção de diferentes isótopos dos constituintes químicos (diferentes isótopos do mesmo elemento químico diferem-se quanto oo número de neutros no núcleo). Cada reação resulta uma razão isotópica diferente porque a taxa de reação de cada isótopo é diferente dependendo do processo.

A maneira mais convencional de discriminar a origem do metano é através da razão isotópico dos átomos presentes no hidrogênio, metano e água. Estudos prévios mostram que há uma faixa na qual pode-se inferir se o foi metano produzido a partir de fixação do dióxido de carbono na água (ou seja, reação do tipo FT). Assim, através de uma série de caracterização isotópica de regiões distintas da fonte hidrotermal Hakuba Happo, o grupo de pesquisadores descobriram valores inesperados para a relação entre diferentes isótopos do metano e hidrogênio molecular dissolvido na água.

A conclusão geral dos investigadores é de que a provável que a fonte de metano seja a partir da água e não do hidrogênio. Assim, isso aponta para um mecanismo de hidratação da olivina em detrimento de reações de FT. Ainda assim, os autores reconhecem a necessidade de estudos experimentais com baixas temperaturas para suportar suas hipóteses. 

Vale salientar que a produção abiótica de metano através de reações de hidratação pode ser um dos mecanismos no qual esse hidrocarboneto é gerado em Marte. Recentes trabalhos [Oze & Sharma, 2005] apontam para a existência de metano no planeta vermelho, e embora alguns defendam a tese que isso pode ser uma evidência indireta da presença de microrganismos, o debate sobre o assunto ainda não está encerrado; assim, entender melhor os mecanismos de formação abiótica do metano auxilia não apenas para entender os possíveis caminhos de formação das moléculas orgânicas na Terra primitiva, mas também lança luz sobre a possibilidade dessas mesmas moléculas surgirem na superfície de outros ambientes rochosos espelhados pelo sistema solar.

Referências

- Artigo  principal

Suba, K. et al, Origin of methane in serpentinite-hosted hydrothermal systems: The CH₄–H₂–H₂O hydrogen isotope systematics of the Hakuba Happo hot spring. Earth and Planetary Sci Letters, 386 (2014):112–125

- Artigos Auxiliares

Fu, Q. et al, Abiotic formation of hydrocarbons under hydrothermal conditions: constraints from chemical and isotope data Feochim. Cosmochim. Acta, 71 (2007): 1982–1998

Oze, C.; Sharma, M. et al, Have olivine, will gas: Serpentinization and the abiogenic production of methane on Mars Geophys. Res. Lett., 32 (2005):276-299

- Na mídia

Science Daily