Glaciar Hubbard, Alasca. Crédito: robertraines/Flickr, CC BY 2.0

A região relativamente calma do espaço que hoje ocupamos no Sistema Solar desmente um passado ardente e violento, e um futuro arrepiante. Esta série explora a história geológica e natural da Terra, começando com a formação do nosso Sistema Solar, passando por impactos de asteróides e extinções em massa, e terminando com o impacto humano sobre o ambiente de hoje. Para realmente compreender a magnitude das mudanças que o nosso planeta sofreu, precisamos acelerar através de imensos períodos de tempo, parando em marcos importantes.

Até agora: A vida formou-se rapidamente na Terra, apenas 500 milhões de anos após a formação do nosso planeta de 4,56 bilhões de anos. E há cerca de 2,4 bilhões de anos atrás (bya), o oxigênio apareceu pela primeira vez em larga escala na atmosfera e nos oceanos, causando rapidamente uma extinção em massa e mergulhando a Terra na era do gelo hurônico.

Durante a era do gelo hurônico, causada pela saturação do novo oxigênio gasoso no ar e nas águas, a Terra tornou-se progressivamente mais fria, apesar do Sol aumentar de brilho à medida que envelhecia. O oxigénio na atmosfera removeu o metano, um gás de estufa que manteve a Terra quente. A idade do gelo seguiu o Grande Evento de Oxigenação, a primeira das vinte e quatro extinções em massa a que o nosso planeta assistiu. Multidões de formas de vida unicelulares foram dizimadas, e os sobreviventes foram congelados em suspensão pelo frio rastejante de todas as direções.

Avidência desta era glacial está presente ao longo do epônimo Lago Huron e Lago Superior, no Canadá. Esta parte do Canadá é um cratão, uma parte antiga e estável da crosta terrestre que tem persistido até os dias de hoje. Este cratão era uma parte da Kenorland, o supercontinente que existia perto das regiões equatoriais da Terra. De fato, outros cratões Kenorland, como Michigan e Austrália Ocidental, também mostram evidências de grandes depósitos glaciais deste período.

Como nosso planeta congelou lentamente, com camada sobre camada de gelo se formando em terra e mar, o supercontinente Kenorland começou a se desfazer. E no processo, a atividade vulcânica foi reavivada. Ao contrário do outro supercontinente chamado Vaalbara, a Kenorland era enorme. Enquanto Vaalbara se dividia em apenas dois cratões, agora na África e na Austrália, a Kenorland era enorme: tinha agora cratões no Canadá, nos EUA, na Escandinávia, na Gronelândia e no deserto do Kalahari na África Austral. Quando tais grandes massas de terra se desfazem como pedaços de um biscoito, provocam mudanças extremas no clima global.

Primeiro a partir, causam fendas e alastramentos no fundo do mar. Isto faz com que a parte de cima do fundo do mar aqueça. A crosta flutua no manto, muitas vezes perdendo suas partes inferiores para as rochas viscosas fundidas. Como a rocha quente é muito menos densa, ela sobe no manto, aumentando a altura dos continentes. Um aumento de altura significa altitudes mais elevadas, onde o ar é mais frio. Além disso, o aquecimento dos oceanos provocou um aumento da evaporação, que depois aumentou a precipitação global. Isto resfriou ainda mais o planeta. À medida que o planeta ficava cada vez mais branco, sua refletividade aumentava. Toda a luz solar foi refletida, impedindo ainda mais qualquer retenção de calor.

Os eventos que continuam a alimentar o frio crescente são chamados de loops de feedback positivo.

A era do gelo Huroniano viu glaciares e gelo cobrindo partes da terra e oceano quase até o equador. Esta foi a maior era glacial da história, abrangendo quase 300 milhões de anos, de 2,4 bya a 2,1 bya. Uma causa proeminente para a persistência desta idade do gelo parece ter sido uma pausa na atividade vulcânica, que reduziu ainda mais o dióxido de carbono e metano na atmosfera, alguns dos quais ficaram presos no gelo e nos oceanos.

A idade do gelo termina por causa de um ciclo de feedback negativo. Em um período de glaciação, há uma intensa queda de neve e a água fica presa sob a forma de quantidades úmidas de gelo sobre a terra. Assim, o nível do mar cai. A precipitação também cai porque já não há água suficiente na atmosfera. A precipitação mantém o frio. O gelo do mar derrete mais rápido que grandes camadas de gelo em terra. Assim, uma vez que a Terra já não podia ficar mais fria e ficou sem precipitação para manter o frio, começou a ficar mais quente devido ao Sol. Mesmo um pouco de derretimento do gelo marinho pode fazer com que a água comece a absorver o calor do Sol, provocando um laço que liberta dióxido de carbono e provoca mais derretimento, acabando assim muito rapidamente com a glaciação. É por isso que todas as eras glaciais terminaram muito mais rapidamente do que começaram.

Pouco depois do fim da era glacial Huroniana e da ruptura da Kenorland, em alguma parte dos oceanos globais, um organismo unicelular, muito provavelmente uma bactéria, atacou outro, provavelmente um arqueão, que o engoliu e o deixou sobreviver dentro dele. Estes dois organismos exigiam o produto residual do outro para sobreviver, e assim trabalharam juntos no que é chamado de endosimbiose. Esta pequena célula tornou-se a primeira vida unicelular complexa com um núcleo, membranas, e o arquebactéria tornou-se a mitocôndria. Tais formas de vida são hoje conhecidas como eucariotas, e esta célula em particular é o ancestral de todo organismo vivo de hoje. Isto aconteceu aproximadamente 2,1 bya, depois de quase 2,5 bilhões de anos de vida elementar, primitiva, simples e simples de vida unicelular .

Concepção artística de Rodínia. Crédito: Tomo Narashima

Meanwhile, as partes da Kenorland que tinham se quebrado se moveram nos mares, colidindo novamente com cratões mais novos e formando um novo supercontinente maciço chamado Columbia. Columbia era ainda maior que Kenorland, contendo cratões que hoje pertencem à América do Norte, Escandinávia, Austrália, Índia e América do Sul. Na verdade, a costa oeste da Índia estava ligada à costa leste da América do Norte, enquanto a costa oeste do Canadá estava ligada ao sul da Austrália. A Escandinávia estava ligada ao Brasil, e todas as massas de terra estavam fortemente aglomeradas. Depois de totalmente montada 1,8 bya, a Colômbia começou a expandir-se em tamanho devido à formação de rochas vulcânicas nas suas fronteiras, com o magma derramado a começar a arrefecer e solidificar.

Esta actividade vulcânica desencadeou mais vulcanismo interior, e naturalmente começou a rachar o supercontinente. A Colômbia começou a dividir-se em 1,4 bya, com cratões a dividir-se em partes da Índia, América do Norte, China, África, Escandinávia e Austrália hoje. Estes cratões não sobreviveram independentemente por muito tempo. Eles colidiram uns com os outros e com outros cratões recém nascidos muito rapidamente, formando o próximo supercontinente, Rodínia, 1.3 bya.

Rodinia permaneceu quase inteiramente no hemisfério sul e é uma parte muito importante da história biológica da Terra. O supercontinente viu a evolução dos eucariotas em organismos multicelulares através do primeiro aparecimento da reprodução sexual. Ele viu a formação da camada de ozônio na atmosfera; e sua ruptura causou ainda outra era glacial, a mais aterrorizante de todas.

Quando Rodínia começou a se desfazer, ela causou súbitas e gigantescas fendas no fundo do mar. Isto causou o aquecimento da crosta, repetindo o mesmo mecanismo que causou os picos de chuva durante a idade do gelo anterior. Isto resultou em mais arrefecimento, provocando uma era glacial.

Mas esta era glacial, a era glacial criogénica, era diferente da Huroniana. Na verdade, tal idade do gelo nunca mais foi vista na história da Terra. As calotas de gelo e os glaciares estenderam-se desde os pólos até ao meio do equador, cobrindo cada centímetro do planeta, fazendo com que parecesse uma bola de neve gigante. Aptamente, o fenómeno é conhecido como “Bola de Neve da Terra”. A idade do gelo criogênico foi causada por dois rápidos eventos de glaciação na idade do gelo, separados por um período de interglaciação muito pequeno e quente. Esta idade glacial mais extrema no nosso planeta durou de 720 mya a 635 mya.

O degelo deste gelo – como Rodínia separou – viu mais evolução da vida. A fragmentação das massas de terra provocou o aumento do vulcanismo nos mares, que por sua vez causou um influxo de nutrientes para a água. Nos últimos milhões de anos do Superávit Pré-Cambriano, apareceu o primeiro “animal”: a esponja. A propagação do fundo do oceano também provocou a formação de muitos mares rasos, com a vida finalmente a fazer a viagem da água para a terra. Isto coincidiu com o colapso final da Rodínia e marcou a transição da escala de tempo geológico do supereão Pré-Cambriano para o eon Fanerozóico.

A partir deste momento, o registro geológico em nosso planeta torna-se mais detalhado graças à abundância de fósseis. O eon Fanerozóico, a partir de 542 mya, traduz-se literalmente em “período de vida bem definido”. Enquanto o supereão pré-cambriano abrangeu três grandes éons e durou mais de quatro bilhões de anos, muito mais aconteceu na Terra no éon fanerozóico. Houve mais diversidade, mais mudanças em larga escala nas características da superfície e atmosfera do nosso planeta, e mais vinte extinções em massa.

Crédito: Satwik Gade

Em termos de vida, a maior mudança na Terra ocorreu no início do Fanerozóico, no período Cambriano. Em 25 milhões de anos, toda a vida na Terra tinha diversificado inconcebivelmente de repente. Da vida unicelular complexa básica, surgiram hoje os antepassados de muitos animais. Vigas, fungos, algas, organismos de construção de recifes – tudo começou a aparecer no registro fóssil. Os fósseis acolchoados de insectos que rastejavam no fundo do mar são os mais abundantes. Na verdade, tal diversificação em massa de organismos complexos em tão curto período de tempo sem tanto como um precursor foi notada por Charles Darwin como um argumento válido contra a teoria da seleção natural (sobrevivência do mais apto). Este surto de diversificação é chamado de Explosão Cambriana.

Meanwhile, a vida na terra estava lutando para sobreviver. Os plânctons já tinham surgido, mas a terra foi colonizada por esteiras microbianas de cianobactérias. A adaptação à terra exigia a capacidade de crescer contra a gravidade. As formas de vida também precisavam de deixar de depender de um meio como a água para transportar nutrientes e ovos/esperma. A falta de nutrientes no ar significava que era mais difícil sobreviver. As plantas multicelulares em terra levaram muito tempo a evoluir, mesmo quando a fauna diversificada nos oceanos se multiplicava rapidamente e prosperava. As formas de vida dominantes durante o período Cambriano foram os trilobitas, um grupo de artrópodes extintos. Eles floresceram durante quase 270 milhões de anos, fazendo deles o mais bem sucedido de todos os animais marinhos. Eles sobreviveram às duas primeiras extinções em massa mortíferas e um total de oito, antes de finalmente desaparecerem da terra.

Fóssil de um trilobita encontrado em Marrocos, África. Crédito: Mike Peel, 2010

Como estes insectos marinhos rastejavam debaixo de água, os cratões por cima estavam mais uma vez em movimento. Eles colidiram uns com os outros e estavam formando mais um supercontinente chamado Pannotia. Mas desta vez, os blocos de construção do supercontinente não ficaram realmente unidos. Pannotia quebrou-se menos de 60 milhões de anos após a sua formação, causando novamente cataclismos agudos sobre o clima e a vida global. Houve quatro rápidos e sucessivos picos de extinsão de massa dentro de 20 milhões de anos um do outro durante o Cambriano, exterminando quase 40% de toda a vida marinha e anunciando um novo período.

O período Ordoviciano começou 485 mya e marcou o aparecimento dos primeiros vertebrados verdadeiros: os peixes. Havia numerosas criaturas descascadas, moluscos e artrópodes, semelhantes aos caracóis, aranhas e camarões de hoje no oceano; apenas muito menores em tamanho. Havia estrelas-do-mar, esponjas, corais e outros alimentadores de filtros à deriva nas águas de aquecimento lento.

Em terra, as plantas primitivas tinham começado a crescer lentamente, embora seguramente. No entanto, houve uma complicação. O solo, como sabemos, não existia no Ordovician. O solo é uma combinação de minerais e principalmente matéria orgânica decomposta. E 465 mya, a camada superior teria sido apenas rocha ou areia nua, incapaz de suportar vida. Fungos, algas, musgo e líquenes começaram a crescer na terra de qualquer maneira, sendo pequenas plantas minúsculas que se agarravam à rocha e à areia, tentando agarrar-se. A maioria das plantas comuns eram líquenes, encontrados ainda hoje em terra seca e desértica. Quando os animais enterrados começaram a aparecer, o solo tornou-se mais fértil. Ordovician burrowers eram vermes e ácaros, contorcendo-se através da rocha, afrouxando-a.

Mas a escavação por estes minúsculos vermes e plantas, que tinham começado a grudar nas rochas, teve consequências inesperadas. Em algum momento, a camada superior da rocha em vários lugares erodiu-se no mar, matando toda a vida sobre ela. As plantas em terra eram fotossintéticas, por isso a constante morte destas plantas fez com que os níveis de dióxido de carbono descessem. A vida morta que entrava na água fazia com que os níveis de carbono na água subissem, baixando o conteúdo de oxigênio.

Meanwhile, os cratões que sobraram de Rodínia e Pannotia tinham recombinado para fazer continentes menores. A América do Sul, Austrália, Antártica, Índia e África tinham se aglomerado para formar um grande continente chamado Gondwanaland, nomeado para o povo Gond do centro da Índia. O Gondwanaland estava se deslocando constantemente em direção ao Pólo Sul, para as regiões frias e escuras do planeta. O frio lento, juntamente com a diminuição do dióxido de carbono, trouxe mais uma era glacial.

Idades glaciais, como extinções em massa, vieram e desapareceram. Tal como as extinções em massa, houve cinco grandes eras glaciares. Embora os Cinco Grandes de cada um não coincidam, cada era glacial é quase sempre acompanhada por uma extinção em massa. Neste caso, a terceira das Cinco Grandes Idades do Gelo coincidiu com a primeira das cinco grandes extinções em massa. O início da glaciação Andino-Sahariana se deu com uma cadeia de eventos que provocou a extinção em massa de Ordovician-Silurian.

Idades glaciais causam mudanças no nível do mar, flutuações em larga escala no clima, e eventual vulcanismo que eventualmente contribui para o ciclo de feedback negativo. O vulcanismo e a mudança no nível do mar, contudo, liberam gases tóxicos na atmosfera que podem então causar anóxia (falta de oxigênio) nos oceanos e na atmosfera, o que forma mais um ciclo de retroalimentação positivo para que as extinções em massa continuem. Esta extinção em massa matou mais de 40% da vida em terra e quase 85% da vida na água.

Parte da erosão do solo e glaciação, há outra hipótese que os cientistas suspeitam que poderia ter causado a extinção em massa: uma explosão de raios gama.

Reprodução de um raio gama por parte de um artista, destruindo uma estrela. Imagem: NASA Goddard Space Flight Center

Explosões de raios gama são flashes de energia altamente poderosos e imprevisíveis observados em galáxias distantes. São a forma mais energética pela qual a radiação electromagnética pode ser libertada no Universo. Eles se projetam como jatos quando uma estrela moribunda desaba, às vezes em um buraco negro. Em menos de dois segundos, uma explosão de raios gama pode emitir tanta energia quanto o Sol em dez bilhões de anos. Dez bilhões.

Exposição a uma única explosão de raio gama em seu caminho direto poderia destruir completamente nosso planeta fisicamente, quebrando-o. Um raio gama passando pela Terra poderia danificar quimicamente a atmosfera e despojar o planeta de todo o ozônio. E poderia praticamente matar toda a vida na Terra hoje, que é exatamente o que aconteceu na extinção em massa do Ordovician-Silurian, a segunda pior extinção em massa que o mundo já viu.

O próximo episódio irá falar sobre a evolução das plantas, evolução posterior dos animais, primeiras montanhas no planeta, cinco extinções em massa incluindo a próxima grande, e a formação do último grande supercontinente.

Sandhya Ramesh é um escritor científico focado em astronomia e ciência da terra.