O tempo que vivemos é idêntico, na sua forma e na sua composição, ao planeta que hoje habitamos. O mesmo ocorre com a atmosfera terrestre, que nem sempre apresentou a mesma composição química que a atual, conforme apresenta o Quadro 1. Embora todos nós tenhamos a ideia de que grandes mudanças devem ter ocorrido nesses bilhões de anos, sempre nos resta uma pergunta: como podemos reconstituir a atmosfera terrestre primitiva de modo a avaliar a magnitude dessas transformações? Simplesmente tentando entender as marcas deixadas por essas transformações no nosso planeta através da química, da geologia e da biologia, trabalhando integradamente como uma equipe multidisciplinar.

À medida que desvendamos as grandes transformações químicas que a atmosfera terrestre vivenciou, procuramos avaliar quais foram as consequências dessas mudanças para a manutenção da vida na Terra. Assim, podemos aprender muito com a história, de modo a não cometermos os mesmos erros (ou pelo menos nos protegermos de seus efeitos), os quais ficaram registrados na crosta do planeta ao longo desses bilhões de anos. O processo mais importante ocorrido no planeta Terra foi o aparecimento da vida, o que deve ter ocorrido há aproximadamente 3,5 bilhões de anos.

Até então, estima-se que nosso planeta apresentava uma atmosfera bastante redutora, com uma crosta rica em ferro elementar e castigada por altas doses de radiação UV, já que o Sol era em torno de 40% mais ativo do que é hoje e também não havia oxigênio suficiente para atuar como filtro dessa radiação, como ocorre na estratosfera atual (vide artigo sobre química atmosférica). Dentro dessas características redutoras, conclui-se que a atmosfera primitiva era rica em hidrogênio, metano e amônia. Estes dois últimos, em processos fotoquímicos mediados pela intensa radiação solar, muito provavelmente terminavam se transformando em nitrogênio e dióxido de carbono. Conforme esperado, todo oxigênio disponível tinha um tempo de vida muito curto, acabando por reagir com uma série de compostos presentes na sua forma reduzida.

A Termodinâmica e o Conceito de Vida

Uma observação mais criteriosa da composição química da atmosfera terrestre (Quadro 1) mostra que o nosso planeta é ímpar quando comparado com nossos vizinhos mais próximos, Marte e Vênus. Se fosse possível tomar uma amostra de cada uma das atmosferas desses dois planetas e confiná-las em um sistema isolado por alguns milhões de anos, iríamos observar que as transformações químicas drásticas na atmosfera da Terra são únicas. O aparecimento da vida no nosso planeta acarretou uma situação de constante desequilíbrio na nossa atmosfera, sendo que essa instabilidade tem se agravado nestas últimas décadas, fruto das atividades antrópicas. Os perigos associados à alteração da composição química da atmosfera também são discutidos.

* Composição provável antes do aparecimento da vida no planeta.

** Detalhes sobre como calcular os valores da energia livre padrão molar de formação apresentados nesta tabela encontram-se em Jardim e Chagas, 1992.

O oxigênio, por sua vez, transformou a atmosfera em um ambiente oxidante, além de introduzir o ozônio na baixa troposfera, similar ao processo químico que ocorre hoje na nossa estratosfera, a mais de 15 km de altura, protegendo-nos das radiações ultravioleta perniciosas. Nesse ambiente altamente tóxico para os organismos fermentativos e facultativos, os seres vivos buscaram proteção em um local: embaixo d’água, nos oceanos, onde o ozônio é pouco solúvel e a radiação UV penetra apenas nos primeiros centímetros.

Por mais 500 milhões de anos, os organismos viveram evitando o ambiente oxidante, adaptando-se bioquimicamente a essa nova realidade através da produção de enzimas protetoras contra espécies altamente reativas como os radicais oxigenados. Enquanto isso, a concentração de oxigênio aumentava na troposfera, e com isso a camada de ozônio ia ficando cada vez mais elevada, distante da crosta terrestre. Finalmente, os organismos hoje ditos aeróbios foram se adaptando cada vez mais ao aumento da concentração de oxigênio na atmosfera, até que, nesses últimos 500 milhões de anos, eles saíram da água para povoar a terra seca.

Resumidamente, foram necessários mais de um bilhão de anos para que esses organismos (e muito mais recentemente o homem) se adaptassem ao maior impacto ambiental que a Terra já vivenciou: a mudança de uma atmosfera redutora para altamente oxidante como a que vivemos hoje, contendo em torno de 21% de oxigênio.

As Lições a Serem Aprendidas

As mudanças químicas que ocorreram na atmosfera terrestre nos ensinam uma grande lição: independentemente da complexidade bioquímica dos organismos, do número de indivíduos e do seu posicionamento dentro da cadeia alimentar, é necessário um tempo muito longo para que haja a perfeita adaptação de qualquer espécie viva às novas condições ambientais. O oxigênio levou mais de 1,5 bilhão de anos para sair de uma concentração de traços e atingir os atuais 21%.

No entanto, parece que os homens não estão muito atentos ao fato de que, nos últimos 150 anos, houve uma mudança bastante apreciável na concentração de alguns gases minoritários presentes na nossa atmosfera. O dióxido de carbono vem crescendo a uma taxa de 0,4% ao ano e o metano a 1% ao ano, enquanto os CFCs (clorofluorcarbonetos) crescem a uma assustadora taxa de 5% ao ano, quadruplicando sua concentração média na atmosfera nas últimas quatro décadas (vide Atmosfera: a química sobre nossas cabeças).

Todos esses gases, ainda que minoritários, têm uma função muito importante na química da atmosfera, pois alguns são gases causadores do efeito estufa, outros destroem a camada de ozônio, e alguns dos CFCs apresentam ambas as propriedades com altíssima intensidade. Cabe lembrar que a Terra sempre foi beneficiada pelo efeito estufa, devido à presença de vapor d’água e CO2 na troposfera. Sem o efeito estufa, a temperatura média na superfície do globo ficaria abaixo de -15 °C, nosso planeta seria uma esfera rica em água no estado sólido e certamente não propícia ao aparecimento de vida.

Referências Bibliográficas

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• JARDIM, W.F. e CHAGAS, A.P. A Química Ambiental e a hipótese Gaia: uma nova visão sobre a vida na Terra? Quim. Nova, v. 15, p. 73-76, 1992.
• LOVELOCK, J.E. Gaia; a new look at life on Earth. Oxford University Press, 157 p., 1982.
• SHEAR, W.A. The early development of terrestrial ecosystems. Nature, 1991.
• WAYNE, R.P. Origin and evolution of the atmosphere. Chem. Brit., v. 24, p. ...