A importância da sílica nos oceanos

O silício é um dos elementos mais comuns na Terra. Ele pode se unir ao elemento oxigênio para formar dióxido de silício, comumente chamado de sílica. Você provavelmente já sabe como a sílica se parece, pois é muito semelhante a um produto muito comum: o vidro. A sílica é um dos compostos químicos mais comuns encontrados em rochas e minerais sólidos na crosta e no manto da Terra. Com o tempo, as rochas e os minerais da Terra se decompõem em pedaços menores devido ao vento ou à chuva, em um processo chamado intemperismo.

Eventualmente, os pedaços de sílica ficam tão pequenos que se dissolvem em rios e córregos próximos. De lá, a sílica dissolvida se move para os oceanos do mundo. Rios em todo o mundo depositam grandes quantidades de sílica dissolvida nos oceanos a cada minuto de cada dia. Essas transformações do estado sólido para o líquido são uma parte importante do ciclo da sílica que rastreia o movimento da sílica por todo o planeta. A sílica dissolvida nos oceanos é um nutriente importante para muitas criaturas marinhas, como algas microscópicas e esponjas (Figura 1). Esses organismos consomem a sílica dissolvida na água do mar para construir seus esqueletos, da mesma forma que os humanos usam o cálcio para construir ossos fortes.

Um esqueleto de vidro é mais resistente do que se imagina e difícil de ser quebrado por predadores, sendo, portanto, uma boa proteção para as criaturas marinhas. O processo pelo qual os organismos transformam a sílica dissolvida na água do mar em um esqueleto de vidro é chamado de biossilicificação.

Os oceanos atuais estão repletos de minúsculas algas com esqueletos de vidro chamadas diatomáceas (Figuras 1A, B). As diatomáceas podem ter apenas entre 0,002 e 0,02 cm de tamanho, mas removem uma grande quantidade da sílica dissolvida da água do oceano para construir seus esqueletos. As diatomáceas gostam de ficar perto da superfície da água do mar porque, como a maioria das plantas, precisam da luz solar para realizar a fotossíntese e sobreviver. Quando as diatomáceas realizam a fotossíntese, elas removem o dióxido de carbono — um gás de efeito estufa — da nossa atmosfera. Como as diatomáceas precisam de sílica, isso significa que a quantidade de dióxido de carbono na atmosfera da Terra está indiretamente relacionada à quantidade de sílica dissolvida na água do mar.

Sem um microscópio de alta potência, não é possível ver uma diatomácea individual, mas elas são uma importante fonte de alimento para animais como o zooplâncton e os peixes. O zooplâncton desempenha um papel crucial na cadeia alimentar marinha, pois transfere energia para organismos que servem de alimento para predadores maiores, como os humanos. O fluxo de energia do fitoplâncton para o zooplâncton e, em seguida, para os peixes, é um dos processos mais importantes nos oceanos atualmente.

Existem também alguns tipos de zooplâncton, chamados radiolários (Figuras 1C–E), que constroem seus esqueletos com sílica. Esses zooplânctons vítreos são um pouco maiores que as diatomáceas (entre 0,003 e 0,3 cm de tamanho), mas ainda assim é necessário um microscópio para observá-los. Por fim, algumas esponjas (Figuras 1F, G) usam sílica dissolvida na água do mar para construir seus esqueletos de vidro, mas vivem no fundo do mar, longe das algas e do zooplâncton que ficam na superfície do oceano. A maioria das esponjas tem apenas alguns centímetros de tamanho, mas algumas podem crescer até dois metros de comprimento.

Esses três grupos de criaturas — diatomáceas, zooplâncton e esponjas — precisam de muita sílica para construir seus esqueletos. Isso significa que os oceanos atuais não possuem muita sílica dissolvida. No entanto, quando a Terra era mais jovem, esses organismos ainda não viviam nos oceanos, então havia muito mais sílica dissolvida disponível. Ao longo do tempo, a evolução de algas, zooplâncton e esponjas removeu a sílica dos oceanos. Os pesquisadores só começaram a tentar entender o ciclo da sílica nos oceanos há cerca de 34 anos [1–3], e nesse período muitos avanços foram feitos na compreensão de como os níveis de sílica nos oceanos do mundo chegaram aos níveis atuais [4, 5]. Os pesquisadores concordam que a biossilicificação é o principal fator que impulsionou a mudança no ciclo da sílica ao longo do tempo.

Período Pré-Cambriano (540 milhões de anos ou mais)

O período Pré-Cambriano abrange a maior parte da história da Terra, desde a criação do planeta há 4,5 bilhões de anos até o surgimento de formas de vida complexas quase 4 bilhões de anos depois. Durante o Pré-Cambriano, a Terra tinha pouca ou nenhuma vida em seus oceanos (Figura 2). Portanto, o ciclo da sílica era controlado apenas pela formação de rochas ricas em sílica, chamadas sílex.

O sílex é uma rocha sedimentar rica em sílica, que se quebra em pedaços com bordas afiadas, razão pela qual era usado para fabricar armas e ferramentas. O sílex é uma rocha muito dura que se forma quando há tanta sílica dissolvida nos oceanos que ela se solidifica novamente. Você já fez doce de cristal? Se você tentar dissolver uma grande quantidade de açúcar em água, começam a se formar cristais duros de açúcar. Da mesma forma, se houver muita sílica dissolvida na água do oceano, começam a se formar cristais de rocha sólidos.

Na pré-história, as pessoas usavam sílex para fazer pontas de flecha e machados de mão, porque o sílex é muito duro e afiado quando quebrado. Você já viu uma ferramenta de sílex? Talvez a rocha da qual foi feita tenha vindo do fundo do oceano durante o período Pré-Cambriano, quando a quantidade de sílica dissolvida no oceano era alta porque não havia criaturas por perto para consumir toda a saborosa sílica dissolvida que flutuava no ar.

Período Cambriano (540 milhões de anos atrás): esponjas e zooplâncton chegam ao cenário.

Você provavelmente pensa em uma esponja como um material macio, poroso e maleável usado para limpar a casa. As esponjas são, na verdade, animais e existem em muitas variedades. Algumas delas usam sílica para construir seus esqueletos. As esponjas provavelmente estão entre os primeiros animais a evoluir na Terra. Embora nem todas as esponjas ainda existam hoje, sabemos que as esponjas do período Cambriano (no início do Paleozoico) foram os primeiros animais a remover sílica dissolvida da água do oceano para construir seus esqueletos. Pesquisadores observaram que, à medida que as populações de esponjas começaram a aumentar, as espessas camadas de sílex ricas em sílica se tornaram menos comuns. Isso nos indica que as esponjas impactaram diretamente a quantidade de sílica dissolvida nos oceanos.

Logo após o surgimento das primeiras esponjas, um grupo de zooplâncton chamado radiolários também apareceu. Enquanto as esponjas preferem ficar no fundo do oceano, os radiolários flutuam na água do mar. Suas populações cresceram rapidamente e, durante o Ordoviciano (485 milhões de anos), os radiolários se expandiram por todo o globo, resultando em uma diminuição geral da quantidade de sílica dissolvida nos oceanos (Figura 2). Rochas e minerais na crosta e no manto da Terra continuaram a se dissolver, mas, pela primeira vez, os organismos estavam removendo uma grande quantidade de sílica dissolvida da água. Esponjas e radiolários controlaram os níveis de sílica dissolvida nos oceanos por vários milhões de anos.

Mesozoico (250 milhões de anos atrás): as diatomáceas dominam!

O Mesozoico foi a época em que os dinossauros viveram. O Mesozoico inclui os períodos Triássico, Jurássico e Cretáceo — nomes que podem lhe ser familiares. Você sabia que, enquanto os dinossauros vagavam pela Terra e nadavam nos mares, algo ainda mais importante estava evoluindo?

O Mesozoico testemunhou uma grande mudança no ecossistema oceânico. Pela primeira vez, muitos grupos de algas fitoplanctônicas surgiram. Um grupo, as diatomáceas, prosperou. Como as diatomáceas usavam sílica para construir seus esqueletos, a sílica dissolvida foi rapidamente reduzida nos oceanos do mundo. Com o tempo, o número de algas nos oceanos aumentou rapidamente e a sílica dissolvida foi rapidamente removida (Figura 2). As algas passaram a controlar o ciclo da sílica dissolvida nos oceanos e, à medida que sua população crescia, elas continuavam se alimentando. As diatomáceas mantiveram o controle do ciclo da sílica pelos 200 milhões de anos seguintes.

Os oceanos de hoje: restou alguma sílica?

A quantidade de sílica dissolvida nos oceanos hoje ainda é controlada em grande parte pelas algas. Fatores como a circulação oceânica e a entrada de sílica dissolvida proveniente de rochas e minerais podem mudar ocasionalmente, mas, no geral, uma vez que a sílica dissolvida entra no oceano, as algas a consomem rapidamente nas águas superficiais. Mudanças na atividade humana estão impactando a quantidade de sílica dissolvida que entra nos oceanos.

Por exemplo, a construção de barragens pode reduzir a entrada de sílica dissolvida, enquanto a eutrofização (que é o enriquecimento excessivo de corpos d’água com nutrientes, principalmente fósforo e nitrogênio) pode afetar a quantidade de sílica consumida pelas algas. Além disso, com o aquecimento ambiental, o aumento da temperatura dos oceanos pode afetar o crescimento de algas, o que, por sua vez, impacta o ciclo da sílica. Embora existam agora mais criaturas marinhas que se alimentam de sílica dissolvida, os três principais grupos que discutimos ainda controlam em grande parte a quantidade de sílica dissolvida em nossos oceanos. Compreender como esses grupos evoluíram ao longo do tempo nos ajuda a entender melhor como nosso ambiente mudará no futuro.

Glossário

Silício: O segundo elemento mais comum na crosta terrestre. O silício é encontrado na maioria das rochas, areias, argilas e solos. Seu número atômico é 14 e seu símbolo é Si.

Sílica: Um composto químico formado por silício e oxigênio. Ocorre em várias formas (como no quartzo, opala e areia) e é um componente importante do vidro, concreto e porcelana.

Ciclo da Sílica: Um ciclo que utiliza biologia, geologia e química para rastrear o movimento da sílica sólida e líquida entre os diferentes sistemas da Terra (como quando ela se move da terra para o oceano).

Biossilificação: O processo pelo qual os organismos usam sílica dissolvida para formar sílica sólida, geralmente para construir seus esqueletos.

Fotossíntese: Um processo pelo qual plantas/algas produzem oxigênio e alimento para si mesmas e para outros organismos, usando luz solar e dióxido de carbono.

Zooplâncton: Pequenos animais do grupo do plâncton. O plâncton é composto por organismos aquáticos que não conseguem nadar eficazmente, sendo levados pela correnteza.

Sílex: Uma rocha sedimentar rica em sílica. Fragmenta-se em pedaços com bordas afiadas, razão pela qual era utilizado para fabricar armas e ferramentas.

Referências

[1] Siever, R. 1991. “Silica in the oceans: biological-geochemical interplay,” in Scientists on Gaia, eds S. H. Schneider, and P. J. Boston (Cambridge, MA: MIT Press). p. 287–95.

[2] Siever, R. 1992. The silica cycle in the Precambrian. Geochim. Cosmochim. Acta 56:3265–72. doi: 10.1016/0016-7037(92)90303-Z

[3] Maliva, R. G., Knoll, A. H., e Siever, R. 1989. Secular change in chert distribution: a reflection of evolving biological participation in the silica cycle. Palaios 4:519. doi: 10.2307/3514743

[4] Conley, D. J., Frings, P. J., Fontorbe, G., Clymans, W., Stadmark, J., Hendry, K. R., et al. 2017. Biosilicification drives a decline of dissolved si in the oceans through geologic time. Front. Mar. Sci. 4:397. doi: 10.3389/fmars.2017.00397

[5] Trower, E. J., Strauss, J. V., Sperling, E. A., e Fischer, W. W. (2021). Isotopic analyses of Ordovician–Silurian siliceous skeletons indicate silica-depleted Paleozoic oceans. Geobiology 19:460–72. doi: 10.1111/gbi.12449

Citação

Pickering RA e Doering K (2024) Did Algae Eat All the Silica in the World’s Oceans?. Front. Young Minds. 12:1175538. doi: 10.3389/frym.2023.1175538

Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos da Creative Commons Attribution License (CC BY). O uso, distribuição ou reprodução em outros fóruns é permitido, desde que o(s) autor(es) original(is) e o(s) proprietário(s) dos direitos autorais sejam creditados e que a publicação original nesta revista seja citada, de acordo com a prática acadêmica aceita. Não é permitido nenhum uso, distribuição ou reprodução que não esteja em conformidade com estes termos.