a água no universo - Oceanografia

A ÁGUA NO UNIVERSO
H2O
http://www.lsbu.ac.uk/water/index.html
O BIG BANG – uma bomba ou explosão do
próprio espaço?
Lineweaver and Davis 2005 – SciAm.
Jean-Francois COLONNA
Lineweaver and Davis 2005 – SciAm.
ASSOCIAÇÃO DOS ÁTOMOS
BIG BANG ou Super Novas
eletrons passam a orbitar os protons,
formando átomos de de hidrogenio
Átomos de hidrogênio representam aprox.
75% da massa do gas interestelar, que por
sua vez ocupa 99% do volume insterestelar.
18
3
ρgás = 1 átomo / cm - ρar = 30x10 mol / cm3
74.25 %
1%
24.75 %
http://www-ssg.sr.unh.edu/
O HIDROGÊNIO
Um átomo neutro de
hidrogenio emite
radiação (comprimento
de ondas de rádio)
quando a direção de
rotação do proton e
eletron é alterada –
onda de 21 cm de
comprimento com
frequência de
1.420.000.000 Hz
Pulsar - ???????????
NASA
Imagem em falsa cor da emissao de ondas de rádio
na Via Lactea, identificando nuvens de átomos
neutros de hidrogênio.
A ÁGUA NO UNIVERSO
A fusão de átomos de H deu origem aos outros elementos
Aglomeracao dos átomos em nuvens aumenta a
atração gravitacional e favorece o colapso de massa,
aumentando a temperatura e formando uma estrela –
calor opõem-se a completa contração.
No seu interior o hidrogênio se funde formando hélio, o
hélio o carbono, e o carbono o oxigênio.
Com o tempo formam-se todos os elementos da
tabela periódica, finalizando com o ferro – núcleo
da estrela – interrupção do processo de fusão e
total colapso da matéria.
Adensamento
de huvens de
hidrogenio
precedendo a
formacao de
uma estrela
NASA
Gás insterestelar aquecido pelo choque de uma onda de
gás ejetado pela explosão de uma supernova – azul =
oxigênio e verde = hidrogênio.
A ÁGUA NO UNIVERSO
núcleo ferro-silicoso
A contração da matéria sobre um núcleo metalico não
compressível gera um ricochete explosivo, que dispersa
uma nuvem de isótopos mais pesados no espaço
interestelar.
Formação de molécula de água
onda de choque
H
Explosão recente de uma supernova - NASA
O
H
Constelação de Orion
1968 – água foi vista no espaço pela 1a. Vez
Observação de
radiotelescópios
mostram o spectro
de ondas curtas
de uma nebulosa
ÁGUA NA TERRA
A nebulosa que originou o sistema solar possuía provavelmente uma grande
quantidade de água - a volume de água existente na Via Lactea é 1 milhão de
vezes maior que o volume do sol.
Uma vez que o centro da nebula entrou em colapso, criando o sol, a matéria restante ao redor
iniciou um movimento de rotação, dando origem ao movimento orbital de gás e poeira cósmica.
Presença de grande concentração de poeira em
Orion, impedindo a passagem de luz
NASA
Gelo tende a se formar sobre os grãos de poeira – formação de planetesimais associa-se à
presença de água. Em cerca de 1 milhão de anos a coalescência de poeira deu origem a
planetesimais e eventualmente protoplanetas – após a formação de algumas dezenas de
pequenos planetas, choques violentos passam a ocorrer.
FORMAÇÃO DA TERRA E OCEANO
A terra se forma entre 50 e 100 milhões de anos após a formação do sistema solar
A colisão de grandes corpos estelares gera grande quantidade de calor, o que
pode derreter ou mesmo vaporizar rochas – liberação de moleculas de água
congelada. Colisão de cometas acrescentariam ainda mais umidade
Nuvem de vapor d’ água sobre o planeta – efeito estufa – elevação da
temperatura – fusão das rochas – “mar de lava”
História da terra primordial – Halliday (2001) e Zhang (2002)
4570 Ma: período de acresção, formação do núcleo,
formação de densa atmosfera,oceano de magma
4450 Ma: ultimo grande impacto de protoplaneta
4500 Ma: perda da atmosfera densa primordial
4470 Ma: acresção praticamente completa
4400 Ma: mais antigo fragmento de zircão conhecido
4300 Ma: idade mínima para maioria dos grãos de zircão
4300 Ma: continentes estaveis e oceanos
3900 Ma: final do bombardeio cósmico
Matsui e Abe (1986) - Com a atmosfera primordial
atingindo temperaturas de 1260 graus Celsius, a mesma
quantidade de vapor gerado pelos choques era consumida na
fluidização do magma. A pressão atmosférica deve ter sido
100 vezes maior que a atual. Com a dimuição da frequência
dos choques a superfície resfria e inicia-se um ciclo de
chuvas – com temperaturas de 315 graus C (temperatura de
condensação com pressão de 100 atmosferas). A
QUANTIDADE DE ÁGUA QUE ESTA ATMOSFERA DE
VAPOR PODERIA SUPORTAR SERIA SEMELHANTE
AO VOLUME ATUAL DOS OCEANOS.
A formação da Lua parece ter ocorrido após esta fase, com a
a Terra apresentando uma crosta sólida – sendo assim a
água acumulada por esta chuva primordial vaporizou-se
(parcialmente?) no espaço.
FORMAÇÃO DA LUA
Southwest Research Institu
Um corpo com massa
semelhante a Marte se
choca com a Terra. 2%
da massa combinada
dos dois corpos inicia
órbita ao redor da
Terra. Metade desta
massa forma a lua, em
um intervalo de tempo
entre 1 e 100 anos
ápós o impacto.
FORMAÇÃO DA TERRA E OCEANO
A superficie lunar mostra evidências de que a Terra
continuou a ser bombardeada após sua formação. Se
parte deste bombardeamento foi representados por
cometas, grande quantidade de água pode ter sido
adicionada.
Polêmica
- mas porque a lua não tem água?
- composição isotópica da água nos cometas diferente da
água na Terra (cometas com maior quantidade de
deutério).
Em 2001 é observado que o cometa Linear (acima
desintegrando-se próximo ao sol) apresenta
reduzida composição de moléculas orgânicas
voláteis, sugerindo composição isotópica
semelhante à da Terra.
Ritimitos de maré – 3.2 B anos – Africa do Sul.
Regularidade dos ciclos mostra que a lua
formou-se a partir de fragmentos da Terra
agregados, e não como um corpo insterestelar
capturado pelo campo de gravidade terrestre
(originaria órbita mais elíptica).
FORMAÇÃO DA TERRA E OCEANO
A Terra se localiza a uma distância ideal do sol para de manter a água em estado
líquido.
O sol parece ter sido 30% mais fraco a 4,5B de anos atrás, e vem se aquecendo desde
então, fazendo com que a zona habitável do sistema solar se desloque para fora.
Zona habitável há 4.5 B de anos
Marte Terra
sol
Venus
Mercurio
Zona habitável atual
ÁGUA EM MARTE
EVOLUÇÃO DA VIDA
O aparecimento de moleculas de carbono, e cadeias destas capazes de se autoreplicar, parece ter ocorrido em profundidade, junto às fontes hidrotermais do
fundo oceânico - subentende a existência de um processo de convecção do
manto semelhante ao existente hoje associado à tectônica de placas (Hazen, 2001).
EVOLUÇÃO
DA VIDA
Formação de depósitos de
minério de ferro
estromatólitos
3.5 B anos
Concentração de 02
aumenta de 1 para
15% entre 2200 Ma e
1900 Ma
cianobactérias
Desassociação fotoquímica com luz ultravioleta
= 1 – 2% dos níveis atuais de O2 é o bastante para
iniciar a produção do ozônio
Fotossíntese – cianobactérias
Tectonica de placas – separação dos minerais e
distinção dos manto siálico-basaltico
EVOLUÇÃO DA VIDA
Fundo do mar no Cambreano
ausência de esqueletos calcáreos
EVOLUÇÃO DA VIDA
trilobitas
¾Formação de 70% dos
escudos continentais
¾Plantas terrestres (ozônio
na atmosfera)
¾Extinção de 90% da vida na
Terra
Terra em Bola de Neve
“Snowball Earth”
SNOWBALL
EARTH
SNOWBALL EARTH
EVOLUÇÃO QUÍMICA
Composição química H20 inalterada,
como é sugerido pela manutenção
das formas de vida
Quantidade de sal estimada nos oceanos
50 000 000 000 000 000 tons =
Camada de 170 m de sal cobrindo
todos os continentes
De onde veio o sal?
EVOLUÇÃO QUÍMICA
De onde veio o sal?
Gradual adição pelos rios através do intemperismo das rochas
O OCEANO ERA DOCE INICIALMENTE.
Erosão continental anual = 4.000.000.000 tons de sal + fontes vulcânicas
4 x 109 anos x 4 x 109 tons sal /anos = 1,6 x 1018 tons sal >> 0,05 x 1018 tons
existentes hoje
COMO SE EXPLICA??
afunda com sedimentos
Mar Morto – bacia fechada – sem consumo
corpos hipersalinos
COMPOSIÇÃO DO SAL
Que sal é este?
72 elementos são identificaveis na água marinha
mg/l
cálcio (Ca)
magnésio (Mg)
sódio (Na)
potássio (K)
bicarbonato (HCO3)
sulfato (SO4)
cloro (Cl)
bromio (Br)
Total
0,419
1,304
10,710
0,390
0,146
2,690
19,350
0,070
35,079
veja
Adicionados em períodos com maior atividade tectônica
diatomáceas
e radiolários
moluscos,
foraminíferos,
crustáceos, corais
precipitação
% dos sais totais
mar
rio
silica (SiO2)
14,51
ferro (Fe)
0,74
cálcio (Ca)
1,19
16,62
magnésio (Mg)
3,72
4,54
sódio (Na)
30,53
6,98
potássio (K)
1,11
2,55
bicarbonato (HCO3) 0,42
31,90
sulfato (SO4)
7,67
12,41
cloro ( Cl)
55,16
8,64
Total
100,0
100,0
CELULA DE CIRCULAÇÃO
Scientific America - http://www.sciam.com/explorations/1998/070698atlantis/index.html
A recirculação da água induz a retirada de magnésio
e sulfatos e a adição de calcio e potássio. Sendo
assim, durante alguns períodos de maior atividade
tectônica global, haveria maior concentração de
cálcio na água favorecendo a reprodução de
organismos com carapaças calcáreas
Falésias de Dover - Inglaterra
DISTRIBUIÇÃO DO SAL NO PLANETA
http://www.bigelow.org/
EXTINÇÃO NO PERMIANO – 250 M ANOS
Desaparecimento de:
- 90% das espécies marinhas
- 65% dos respteis e anfíbios terrestres
- 30% dos insetos
Fauna e Flora – desapareceram
- 42% das famílias
- 72% dos gêneros
Erwin, Sci.Am. 1996
Erwin, Sci.Am. 1996
ESPONJAS, CRINÓIDES, BRAQUIÓPODOS
NAULILOIDES, BRIOZOA, CORAL
TRILOBITA, ALGA, VERMES, PEIXES
CELACANTO, AMONÓIDES, VERMES
BIVALVES, OURIÇO, SIRI, ALGA
ESCALÓPODO, PEIXES, ESTRELA DO MAR
EXTINÇÃO NO CRETÁCEO – 65 M ANOS
IODP - Smithsonian Museum
TECTITOS
IODP - Smithsonian Museum
Fauna e Flora – desapareceram
- 47% dos gêneros
IODP - Smithsonian Museum