Cristais na Terra podem conter vestígios dos braços da nossa galáxia.

Quando pensamos no que moldou o nosso planeta, é comum imaginarmos vulcões, sismos e continentes gigantes a afastarem-se (ou a voltarem a juntar-se) muito lentamente ao longo de milhões - ou mesmo milhares de milhões - de anos. Também sabemos que os impactos de meteoritos tiveram um papel importante; a Lua, repleta de crateras, é uma prova evidente disso.

Mas e se parte da história geológica da Terra também tivesse sido escrita mais longe, nas estrelas - em particular, nos braços espirais da nossa galáxia, a Via Láctea?

Esta é a ideia arrojada que tem ganho força em trabalhos recentes que aproximam a astrofísica da geologia. Até agora, porém, muitas destas propostas - polémicas e discutidas - assentavam sobretudo em modelos, condicionados por falhas no registo geológico terrestre e por incertezas sobre a trajectória do Sistema Solar dentro da galáxia.

O nosso novo estudo, publicado esta semana na revista Pesquisa da Revisão Física, seguiu uma via diferente: comparou mapas do gás de hidrogénio na Via Láctea com “impressões digitais” químicas preservadas em cristais muito antigos na Terra. Os resultados reforçam a hipótese de que a crosta terrestre poderá ter sido influenciada pela viagem do Sistema Solar em torno da galáxia.

Ler a Via Láctea através do hidrogénio neutro

Os astrónomos recorrem frequentemente ao hidrogénio neutro - o átomo mais simples, com um protão e um electrão - como marcador do meio interestelar.

Este hidrogénio atómico emite ondas de rádio com um comprimento de 21 centímetros. Estas ondas atravessam grande parte do pó e do gás que nos impede de ver a Via Láctea em luz visível. Quando observadas, as emissões provenientes de regiões onde o hidrogénio é mais denso desenham os grandes braços espirais da galáxia, mesmo quando os telescópios ópticos não conseguem “ver” através da obscuridade.

Importa notar que os braços espirais não são estruturas rígidas. Funcionam como ondas de densidade: zonas onde estrelas, gás e poeiras se acumulam temporariamente - de forma semelhante a uma congestão de trânsito - e que se deslocam ao longo do disco galáctico mais devagar do que muitas estrelas individualmente.

Como o Sistema Solar orbita o centro galáctico a uma velocidade superior à das ondas de densidade, acaba por alcançar e atravessar periodicamente os braços espirais, em média a cada 180–200 milhões de anos. Uma passagem por um braço espiral poderá aumentar a probabilidade de cometas e asteróides atingirem a Terra.

Cristais de zircão: microcápsulas do tempo geológico

Como avaliar se a Terra sentiu, de facto, as consequências destas “encontros” galácticos?

Uma resposta plausível está no zircão, um mineral muito resistente e comum na crosta terrestre, capaz de sobreviver durante milhares de milhões de anos. Os cristais de zircão formam-se em magmas e funcionam como autênticas cápsulas do tempo: além de poderem ser datados, guardam pistas químicas sobre as condições do planeta no momento em que cresceram.

No interior destes cristais, os átomos de oxigénio aparecem em variantes ligeiramente diferentes - os chamados isótopos - que têm a mesma química, mas massas distintas. Estes isótopos actuam como rastreadores, ajudando a perceber se o magma teve origem em profundidade no interior da Terra ou se, pelo contrário, interagiu com água à superfície.

À medida que o Sistema Solar percorre a Via Láctea, atravessa braços espirais onde o gás de hidrogénio é mais abundante. Se, nos períodos em que a densidade de hidrogénio atómico é elevada, surgir uma variabilidade fora do comum nos isótopos de oxigénio do zircão, isso sugere que algo perturbou o “ritmo” habitual de formação e retrabalhamento da crosta terrestre.

Um aspecto adicional que torna o zircão particularmente valioso é o facto de poder registar sinais que a superfície do planeta já apagou. Muitas crateras de impacto desaparecem com a erosão e com a tectónica de placas, mas a assinatura química preservada em minerais antigos pode manter-se como uma memória mais profunda e duradoura do que aconteceu.

Braços espirais da Via Láctea e a crosta terrestre: comparar mapas e registos

O novo trabalho comparou directamente o registo isotópico do zircão com a densidade de hidrogénio inferida por medições radioastronómicas ao longo da órbita galáctica do Sistema Solar. O resultado foi notável: surgiram correlações fortes.

Os intervalos em que o Sistema Solar atravessou braços espirais - zonas com hidrogénio mais denso - coincidem com picos na variabilidade do oxigénio nos zircões.

Dito de outro modo, a crosta terrestre parece ter sido mais “instável” ou “irregular” precisamente nos períodos em que o Sistema Solar se encontrava mergulhado em braços da Via Láctea ricos em formação estelar.

Uma impressão digital galáctica na crosta terrestre

O que poderá explicar esta ligação?

Uma possibilidade é que, ao passar por um braço espiral, o Sistema Solar sofra perturbações gravitacionais e ambientais que agitam a distante região gelada do espaço conhecida como Nuvem de Oort - um enorme reservatório de cometas muito para lá de Plutão.

Uma fracção desses cometas pode então ser desviada para o interior do Sistema Solar e, eventualmente, cruzar a órbita terrestre.

Cada impacto liberta energia colossal - suficiente para fundir rochas, desencadear alterações geológicas significativas e deixar marcas persistentes na crosta. O ponto crucial é que este tipo de registo, “arquivado” na química de minerais como o zircão, pode conservar-se durante milhares de milhões de anos, muito mais do que as crateras visíveis que a Terra consegue manter.

Os zircões podem, assim, constituir um arquivo de tempo profundo de influências galácticas que não conseguimos observar directamente apenas com telescópios.

O que esta ligação pode significar - e o que ainda falta provar

Se a geologia da Terra responder, mesmo que parcialmente, aos “ritmos” da Via Láctea, a nossa visão sobre a evolução planetária torna-se mais ampla. Passa a ser necessário olhar para lá do próprio planeta e considerar as grandes estruturas galácticas que, periodicamente, reconfiguraram o ambiente do Sistema Solar.

Reconhecer impressões digitais astrofísicas na geologia planetária pode oferecer novas pistas sobre o crescimento da crosta, a habitabilidade e até a emergência da vida. Além disso, esta linha de investigação abre caminho para perguntas paralelas: se processos semelhantes podem ter afectado Marte no passado, ou se exoplanetas em galáxias espirais poderão experimentar “ciclos” comparáveis de impactos e perturbações ao longo de escalas de tempo geológicas.

Ainda assim, é prudente manter cautela. Uma correlação não é, por si só, prova de causalidade, e separar o efeito das passagens pelos braços espirais dos processos internos da Terra (como a convecção do manto, a tectónica e a dinâmica do clima) é um desafio complexo. Apesar disso, a evidência que se está a acumular é suficientemente consistente para justificar uma análise séria.

Por agora, os cristais de zircão - grãos minúsculos, muitas vezes menores do que um grão de areia - estão a ajudar-nos a entrever uma ligação subtil, mas potencialmente profunda, entre a Terra e a galáxia que a acolhe.

Chris Kirkland, Professor de Geocronologia, Universidade Curtin; e Phil Sutton, Professor Auxiliar de Astrofísica, Universidade de Lincoln

Este artigo é republicado de A Conversa ao abrigo de uma licença Commons Criativos. Leia o artigo original.