A atmosfera da Terra é composta de aproximadamente 78% de nitrogênio e 21% de oxigênio . O 1% restante é ocupado por outros gases, principalmente dióxido de carbono e argônio . O oxigênio da atmosfera é consumido por todos os animais e muitos outros organismos que o utilizam em seu metabolismo.

Além de ser usado por formas de vida aeróbicas, o oxigênio também reage com minerais e elementos da Terra. Por meio desses processos, o oxigênio é retirado da atmosfera e está sendo reposto de várias formas, principalmente pela fotossíntese de plantas, algas e algumas bactérias .

Fotossíntese, a principal fonte de oxigênio

Estima-se que aproximadamente 98% do oxigênio da atmosfera provém da fotossíntese , especificamente a fotossíntese oxigenada, processo realizado pelos chamados organismos fotoautotróficos oxigenados (para diferenciá-los de outros organismos que realizam fotossíntese anoxigênica e de outros autotróficos que realizam quimiossíntese).

Atualmente, os organismos fotoautotróficos oxigenados conhecidos são plantas, algas (também chamadas de plantas inferiores) e cianobactérias (como a espirulina ). Esses organismos retiram água (H 2 O) e dióxido de carbono (CO 2 ) do meio ambiente e com essas moléculas formam compostos orgânicos . A energia necessária para as reações de biossíntese é obtida da radiação solar.

Na fotossíntese, além das moléculas orgânicas, também se forma o oxigênio molecular (O 2 ) , que é liberado no meio ambiente (ar e água). Este processo vem ocorrendo no planeta Terra há milhares de anos, oxigenando a atmosfera e permitindo a vida de outros seres vivos que precisam de oxigênio , incluindo humanos e todos os animais do planeta.

Em 2009, cientistas americanos publicaram na revista Nature Geoscience a descoberta de amostras de um mineral de ferro (hematita) no Craton Pilbara (região do noroeste da Austrália) com idade aproximada de 3,46 bilhões de anos. Segundo esses pesquisadores, a presença desse mineral mostra a possível existência, desde então, de organismos fotossinentizantes oxigenados, uma vez que para se formar necessita de um meio aquoso rico em oxigênio.

De todos os organismos fotossintéticos, a maior contribuição para o oxigênio atmosférico corresponde às cianobactérias e algas do fitoplâncton oceânico e das plantas terrestres . A proporção de oxigênio atmosférico que vem do oceano e aquele que vem do ambiente terrestre está em debate. Alguns cientistas acreditam que a contribuição de cada meio é de aproximadamente 50%, enquanto outros apontam que o oceano contribuiria com 1/3 e as plantas terrestres com 2/3. O que está claro é que esses números podem variar de uma área do planeta para outra, dependendo do equilíbrio entre as diferentes formas de vida existentes.

Níveis de oxigênio aumentados

Acredita-se que as cianobactérias sejam os primeiros organismos a iniciar a fotossíntese oxigenada. No início, quando a população desses organismos ainda era pequena, o oxigênio produzido seria rapidamente consumido em reações oxidativas com substâncias do meio ambiente, principalmente ferro do solo, rochas e oceanos, formando compostos oxidados de ferro e outros minerais.

Os geólogos podem estimar a quantidade de oxigênio presente na atmosfera nos tempos antigos estudando os tipos de compostos de ferro presentes nas rochas. Na ausência de oxigênio, o ferro tende a se combinar com o enxofre para formar sulfetos, como a pirita. Quando o oxigênio está presente, esses compostos se decompõem e o ferro se combina com o oxigênio para formar óxidos. Portanto, piritas de rochas antigas indicam baixos níveis de oxigênio , enquanto a presença de óxidos de ferro indica a presença de quantidades significativas de oxigênio .

À medida que as quantidades de ferro disponíveis para combinar com o oxigênio se esgotavam, o oxigênio gasoso se acumulava na atmosfera. Pensa-se que 2300-25000 milhões de anos atrás o oxigênio representava apenas 1% do ar . O acúmulo de oxigênio na atmosfera continuaria por milhões de anos até que um certo equilíbrio fosse alcançado entre a formação e o consumo.

Com o aumento do oxigênio atmosférico, novas formas de vida poderiam evoluir, seres vivos heterotróficos, como os humanos, que consomem matéria orgânica e a oxidam para obter energia por meio do processo conhecido como respiração aeróbia . Nesse processo, o carbono orgânico, que em última análise vem daquele formado na fotossíntese, é oxidado e o dióxido de carbono (CO 2 ) é liberado, uma forma inorgânica de carbono que será usada novamente pelos organismos fotossintetizantes .

Parece que, devido a esse consumo de oxigênio por outras formas de vida, a fotossíntese sozinha não poderia ter sido suficiente para o aumento inicial de oxigênio . Uma possível explicação é que grandes quantidades de carbono orgânico foram enterradas e indisponíveis para organismos aeróbicos, o que poderia colocar o equilíbrio a favor da produção de oxigênio em relação ao consumo.

Em algum momento posterior da história do planeta Terra, os níveis de oxigênio parecem ter aumentado rapidamente para as concentrações atuais. Alguns cientistas acreditam que isso pode ter ocorrido há cerca de 600 milhões de anos, quando começaram a aparecer seres vivos multicelulares complexos que exigiam altos níveis de oxigênio. No entanto, não se sabe muito bem o que causou essa mudança.

Uma das teorias relaciona essa rápida ascensão ao fim de um período de glaciação , fase em que as geleiras, em seu avanço e recuo, quebrariam rochas ricas em minerais com fósforo que acabariam nos oceanos. O fósforo é um dos principais nutrientes do fitoplâncton e acredita-se que poderia ter causado um rápido aumento na população de organismos fotossintéticos nos oceanos, enquanto na superfície da Terra haveria relativamente pouca vida que consome oxigênio por estar coberto de gelo . Esta teoria ainda está sendo debatida.

Outros estudos mais recentes apontam para o acúmulo de milhões de toneladas de oxigênio em cristais de dióxido de ferro nas profundezas da terra, entre o núcleo e o manto. De acordo com essa pesquisa, a subducção da crosta terrestre carrega consigo minerais hidratados; Quando as moléculas de água encontram o ferro no núcleo em alta pressão e temperatura, cristais de dióxido de ferro podem se formar e se acumular ano após ano para atingir tamanhos comparáveis ​​aos continentes.

Certos fenômenos geológicos poderiam causar a expulsão dessas reservas de oxigênio para a atmosfera, como poderia ter acontecido há 25 bilhões de anos na chamada Grande Oxigenação.

Diminuição do oxigênio atmosférico

Existem vários estudos que mostram uma queda contínua nos níveis de oxigênio oceânico, e as medições de oxigênio atmosférico mostram uma redução global de 0,0317% entre 1990 e 2008. Essa queda é atribuída principalmente à intensa combustão de hidrocarbonetos e combustíveis fósseis, como petróleo e carvão . Essa combustão utiliza oxigênio e emite CO 2 , o que promove uma diminuição na concentração de O 2 na atmosfera.

A queda medida, no entanto, parece ser menor do que seria de se esperar da grande quantidade desses combustíveis consumida durante esses anos. Uma possibilidade é que o aumento do dióxido de carbono, possivelmente combinado com o uso de fertilizantes agrícolas, tenha contribuído para o crescimento mais rápido de algumas plantas cuja fotossíntese compensou parcialmente o consumo de oxigênio. Acredita-se que mesmo que todas as reservas de combustíveis fósseis do planeta fossem queimadas, não haveria um grande impacto na concentração de oxigênio na atmosfera.

O desmatamento é outra grande preocupação. Embora a destruição de grandes áreas de florestas úmidas tenha efeitos muito prejudiciais ao meio ambiente, o mesmo não pode ser dito do efeito sobre a concentração de oxigênio na atmosfera. Algumas das explicações para esse baixo impacto podem ser que as florestas, além de árvores e plantas fotossintéticas, também hospedam uma grande quantidade de vida aeróbia que consome oxigênio, de modo que sua contribuição global para o oxigênio atmosférico seria quase neutra. Mas que fique claro que o desmatamento é um sério problema ambiental, embora não por causa dos níveis de oxigênio, mas por muitos outros motivos, como desertificação e perda de biodiversidade.

Um problema de magnitude muito maior, no que diz respeito ao oxigênio, parece ser o impacto da atividade humana sobre o fitoplâncton , que, segundo algumas fontes como a apresentada acima, é atualmente o principal produtor de oxigênio atmosférico a nível global. . O aumento do CO 2 na atmosfera não só contribuiria para o aumento da temperatura média dos oceanos , mas também para a sua acidificação , o que afetaria negativamente o desenvolvimento do fitoplâncton. No entanto, esta teoria não é clara, pois alguns organismos fitoplanctônicos podem diminuir em número, enquanto outros seriam afetados positivamente.