Hidrocarbonetos e suas relações com a origem da vida na Terra e além

Poster publicado na American Geophysical Union AGU, August 2010, Meeting of the Americas, Foz do Iguassu, Brazil

Hydrocarbons And Their Relationship To The Origin Of Life In The Earth And Beyond

Vasconcelos, C. S  and  Szatmari, P.

Abstract:

Life as we know it is based primarily on carbon. Carbon is the fourth element in the order of cosmic abundances, after hydrogen, helium and oxygen. Many astrobiologists try to evaluate the possibility of life on other planets, based on hypotheses about the conditions on the surface, such as the presence of liquid water, favorable temperatures and the composition of atmospheric gases, among other factors, even including life in extreme environments. However, there is the possibility that life in the planetary bodies could develop first underground, at depths of several kilometers below the surface, within the pores of the rocks. There the presence of abiogenic hydrocarbons, mainly primordial methane, oxygen compounds associated with iron oxide minerals, and even water, all at appropriate temperatures, could provide ideal conditions for the emergence of life. The conquest of the planet's surface by life would become possible only at a later stage when prokaryotic bacteria (Archaea) arise and move away from the declining hydrocarbon resources, adapt to surface conditions and develop internally catalyzed complex photosynthetic reactions permitting autotrophy. The detection of a deep biosphere in other planets is not simple and probably beyond the capabilities of our technology of telescopes and space probes. On the other hand, it would be relatively less complex to identify life on planets where photosynthesis does occur and has become exuberant.

Resumo

A vida tal como a conhecemos é baseada principalmente em carbono. O carbono é o quarto elemento da ordem de abundância cósmica, depois de hélio, hidrogênio e oxigênio. Muitos astrobiólogos tentam avaliar a possibilidade de vida em outros planetas com base em hipóteses sobre as condições na superfície, como a presença de água líquida, temperatura favorável e da composição dos gases atmosféricos, entre outros fatores, incluindo até mesmo a vida em ambientes extremos. No entanto, existe a possibilidade de que a vida nos corpos planetários poderia desenvolver primeiro no interior dos mesmos, em profundidades de vários quilômetros abaixo da superfície, dentro dos poros das rochas. A presença de hidrocarbonetos abióticos, principalmente o metano primordial, compostos de oxigênio associados com minerais de óxido de ferro e, até mesmo água, em temperaturas adequadas, poderia proporcionar condições ideais para o surgimento da vida. A conquista da superfície do planeta pela vida seria possível apenas numa fase posterior, quando as bactérias procarióticas (Archea) surgem e distanciam-se dos recursos de hidrocarbonetos em declínio, adaptando-se às condições de superfície e desenvolvendo internamente complexas reações catalisadoras permitindo tornarem seres autótrofos, através da fotossíntese. A detecção de uma biosfera profunda em outros planetas não é simples e, provavelmente, além da capacidade da nossa tecnologia de telescópios e sondas espaciais. Por outro lado, seria relativamente menos complexo identificar vida em planetas onde a fotossíntese ocorreu e tornou-se exuberante.

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A figura acima mostra que o carbono é o quarto elemento em ordem de abundância cósmica. Materiais primordiais do sistema Hidrogênio-Carbono são complexados em compostos policíclicos aromáticos PAH  (Polycyclic Aromatic Hydroarbons) nas nebulosas e nos processos de acreção planetária juntamente com outros voláteis.

A figura mostra relações dos hidrocarbonetos aromáticos com a química pré-biótica, ressaltando que as porfirinas de níquel e vanádio podem estar relacionadas com moléculas catalisadoras de bactérias primitivas que consomem hidrocarbonetos e morrem em meio a esses últimos. As moléculas de asfaltenos são extremamente complexas e não possuem nenhuma relação com a vida. Sua formação sugere ser primordial através dos compostos PAH.

As figuras demonstram que os hidrocarbonetos são compostos primordiais, abióticos, com grande estabilidade termodinâmica. As teorias e proposições de Thomas Gold para a origem dos hidrocarbonetos (The Deep-Earth Gas Theory) são adequadas e possuem base científica, como se observa no gráfico de estabilidade termodinâmica para os hidrocarbonetos, de Chekaliuk, 1976. Também nos estudos do Massachussets Institute of Technology, MIT, que mostram que o carbono é extremamente abundante no manto da Terra em comparação com os níveis mais superficiais.

Os diagramas mostram que os hidrocarbonetos como o petróleo e gás natural migram de grandes profundidades do interior da Terra (manto) para níveis de baixa pressão e temperatura tal como nas bacias sedimentares, conduzidos por gases como Hélio e Nitrogênio, podendo haver acumulação em reservatórios. Nesse contexto, bactérias primitivas alimentam-se desses hidrocarbonetos primordiais e deixam seus traços, como exemplo, hopanóides. Essa contaminação causada pelos microrganismos conduz um antigo paradoxo para a origem do petróleo, caso não se compreenda que os hidrocarbonetos são primordiais e abióticos. Os trabalhos de Kutcherov (2009) em experimentos de alta pressão e temperatura comprovam a formação de hidrocarbonetos gasosos a partir de materiais inorgânicos assim como os trabalhos de J.F.Kenney e colaboradores.

Na figura a árvore filogenética da vida. Notar que o domínio das archeas está na base, próximo ao ancestral comum. Ver as moléculas de hopanóides, muito comuns no petróleo, que são fracamente oxigenadas e estão relacionadas com partes de paredes celulares de bactérias que vivem e morrem em meio ao petróleo. A clorofila é uma molécula de porfirina com núcleo de magnésio. No petróleo inexistem porfirinas de magnésio, apenas de níquel e vanádio.

A figura mostra a distribuição global de clorofila no planeta Terra, a partir de dados de satélites NASA. Notar a abundância nas regiões polares, onde há mais oxigênio dissolvido na água. Torna-se óbvio que um planeta com vida baseada em clorofila seria de fácil identificação por refletir a cor verde no espectro. A fotossíntese é um processo complexo e posterior à biosfera que existe no interior da Terra. O estudo dessa biosfera profunda e quente deve ser o objetivo principal dos astrobiólogos caso queiram entender melhor onde pode haver vida e como ela pode se originar.

Also available in Deep Carbon Observatory - Carnegie Institution, Washington, USA.