A ÁGUA NO UNIVERSO H2O.

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Afonso da Conceição Rocha
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1 A ÁGUA NO UNIVERSO H2O

2 O BIG BANG uma bomba ou explosão do próprio espaço? Lineweaver and Davis 2005 SciAm. Jean-Francois COLONNA Lineweaver and Davis 2005 SciAm.

3 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 ρgás = 1 átomo / cm - ρar = 30x10 mol / cm % % 1%

75% da massa do gas interestelar, que por sua vez ocupa 99% do volume insterestelar.

4 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 Hz Pulsar -??????????? NASA Imagem em falsa cor da emissao de ondas de rádio na Via Lactea, identificando nuvens de átomos neutros de hidrogênio.

comprimento com frequência de 1.420.000.000 Hz Pulsar -?

5 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. Adensamento de huvens de hidrogenio precedendo a formacao de uma estrela 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. NASA Gás insterestelar aquecido pelo choque de uma onda de gás ejetado pela explosão de uma supernova azul = oxigênio e verde = hidrogênio.

Adensamento de huvens de hidrogenio precedendo a formacao de uma estrela Com o tempo formam-se todos os elementos da tabela periódica, finalizando com o ferro núcleo da estrela

6 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 Explosão recente de uma supernova - NASA H 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

Formação de molécula de água onda de choque Explosão recente de uma supernova - NASA H O H Constelação de

7 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.

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.

8 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.

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

9 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.

2% da massa combinada dos dois corpos inicia órbita ao redor da

10 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).

- composição isotópica da água nos cometas diferente da água na Terra (cometas com maior quantidade de deutério).

11 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

$O sol parece ter sido 30% mais fraco a 4,5B de anos atrás, e vem se aquecendo desde então,$

12 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).

hidrotermais do fundo oceânico - subentende a existência de um processo de

13 EVOLUÇÃO DA VIDA Formação de depósitos de minério de ferro estromatólitos Concentração de 02 aumenta de 1 para 15% entre 2200 Ma e 1900 Ma cianobactérias 3.5 B anos 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

5 B anos Desassociação fotoquímica com luz ultravioleta = 1 2% dos níveis atuais de O2 é o bastante

14 EVOLUÇÃO DA VIDA Fundo do mar no Cambreano ausência de esqueletos calcáreos

15 EVOLUÇÃO DA VIDA trilobitas Formação de 70% dos escudos continentais Plantas terrestres (ozônio na atmosfera) Extinção de 90% da vida na Terra Terra em Bola de Neve Snowball Earth

16 SNOWBALL EARTH

17 SNOWBALL EARTH

18 EVOLUÇÃO QUÍMICA Composição química H 2 0 inalterada, como é sugerido pela manutenção das formas de vida Quantidade de sal estimada nos oceanos tons = Camada de 170 m de sal cobrindo todos os continentes De onde veio o sal?

estimada nos oceanos 50 000 000 000 000 000 tons = Camada de

19 EVOLUÇÃO QUÍMICA De onde veio o sal? Gradual adição pelos rios através do intemperismo das rochas O OCEANO ERA DOCE INICIALMENTE. Erosão continental anual = tons de sal + fontes vulcânicas 4 x 10 9 anos x 4 x 10 9 tons sal /anos = 1,6 x tons sal >> 0,05 x tons existentes hoje COMO SE EXPLICA?? afunda com sedimentos Mar Morto bacia fechada sem consumo corpos hipersalinos

20 Que sal é este? COMPOSIÇÃO DO SAL 72 elementos são identificaveis na água marinha cálcio (Ca) magnésio (Mg) sódio (Na) potássio (K) bicarbonato (HCO 3 ) sulfato (SO 4 ) cloro (Cl) bromio (Br) Total mg/l 0,419 1,304 10,710 0,390 0,146 2,690 19,350 0,070 35,079 diatomáceas e radiolários moluscos, foraminíferos, crustáceos, corais precipitação veja Adicionados em períodos com maior atividade tectônica silica (SiO 2 ) ferro (Fe) cálcio (Ca) magnésio (Mg) sódio (Na) potássio (K) bicarbonato (HCO 3 ) sulfato (SO 4 ) cloro ( Cl) Total % dos sais totais mar rio - 14,51-0,74 1,19 16,62 3,72 4,54 30,53 6,98 1,11 2,55 0,42 31,90 7,67 12,41 55,16 8,64 100,0 100,0

bromio (Br) Total mg/l 0,419 1,304 10,710 0,390 0,146 2,690 19,350 0,070 35,079 diatomáceas e radiolários moluscos, foraminíferos, crustáceos, corais precipitação

21 CELULA DE CIRCULAÇÃO Scientific America - 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

22 DISTRIBUIÇÃO DO SAL NO PLANETA

23 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 Erwin, Sci.Am ESPONJAS, CRINÓIDES, BRAQUIÓPODOS NAULILOIDES, BRIOZOA, CORAL TRILOBITA, ALGA, VERMES, PEIXES CELACANTO, AMONÓIDES, VERMES BIVALVES, OURIÇO, SIRI, ALGA ESCALÓPODO, PEIXES, ESTRELA DO MAR

24 EXTINÇÃO NO CRETÁCEO 65 M ANOS IODP - Smithsonian Museum TECTITOS IODP - Smithsonian Museum IODP - Smithsonian Museum Fauna e Flora desapareceram - 47% dos gêneros

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