miniaturadaimagem| Os coloridos tapetes microbianos da Grand Prismatic Spring no Parque Nacional de Yellowstone, EUA. As esteiras laranja são compostas por Cloroflexia, "Cianobactérias" e outros organismos que prosperam na água a 70˚C. Os geobiólogos frequentemente estudam ambientes extremos como este porque são o lar de organismos extremofílicos. Foi levantada a hipótese de que esses ambientes podem ser representativos da Terra primitiva. Geobiologia é um campo da ciência relativamente novo que estuda as interações entre os organismos vivos e os processos geológicos da Terra. Não confundir com a pseudociência que também utiliza o mesmo nome ou que as vezes é chamada de geobiologia residencial e que faz uso da radiestesia, que é uma técnica de adivinhação que visa encontrar objetos, seres vivos ou elementos da natureza sem o uso de equipamentos científicos. A geobiologia busca entender como se deu a evolução geológica e biológica terrestre de maneira conjunta, pois atualmente sabemos que esses processos estão intimamente relacionados, assim entendemos hoje que estudar a história geológica e biológica da Terra de maneira separada traz uma compreensão parcial de como esses processos se deram. Para se entender o presente da Terra é essencial entender o passado e estudar a litosfera, a biosfera, a hidrosfera, a atmosfera e a criosfera, pensando nessas estruturas terrestres como um único sistema onde um interfere no outro de maneira contínua.
Áreas A geobiologia é uma área interdisciplinar que engloba diversos campos de estudo, dentre eles podemos citar a geologia, biologia, ecologia, microbiologia, paleontologia, biogeoquímica e até mesmo a astrobiologia, os conhecimentos dessas áreas são aplicados para entender desde a formação da Terra, seu passado, e relacionando ele com o presente geológico e biológico da Terra. Essa área interdisciplinar busca compreender como os processos biológicos impactam o ambiente terrestre e vice-versa. Um dos principais objetivos da geobiologia é explorar como a vida moldou a Terra e como o ambiente geológico influenciou a evolução dos organismos. Esse campo de estudo é essencial para compreender o desenvolvimento da biosfera e da geosfera como um sistema interligado.
Ciclos biogeoquímicos A interação entre microrganismos e minerais é uma área de estudo fundamental dentro da geobiologia, principalmente devido aos ciclos biogeoquímicos essenciais para a vida na Terra. Os Microrganismos desempenham papéis cruciais nos ciclos do carbono, enxofre e nitrogênio. Bactérias e arqueias conseguem metabolizar esses compostos podendo modificar quimicamente os minerais e compostos orgânicos, promovendo a circulação desses elementos no ambiente. Alguns microrganismos, por exemplo, conseguem realizar a metanogênese, que é a produção de metano a partir de dióxido de carbono e hidrogênio, esses elementos são cruciais no ciclo do carbono, esse processo ocorre em ambientes anóxicos, como em ambientes bentônicos e em fumarolas, e é fundamental para a produção de gás natural. A atividade microbiana também é importante na mineralização de metais, formando depósitos de minério ao longo de milhões de anos. A formação de minerais como a pirita, um sulfeto de ferro, muitas vezes envolve a participação de microrganismos redutores de sulfato, que reduzem o sulfato a sulfeto em ambientes anóxicos, promovendo assim a precipitação do ferro. Outros microrganismos são produtores primários e por isso são muito importantes para a vida na Terra, são eles as cianobactérias e outras algas, eles sequestram dióxido de carbono e produzem oxigênio e são responsáveis por grande parte do oxigênio disponível na atmosfera terrestre, esses microrganismos foram uma das primeiras formas de vida a colonizar a terra e eles foram os principais responsáveis pelos eventos de oxigenação da terra que mudaram totalmente nossa atmosfera e que impactou diretamente as formas de vidas existentes da época, que eram, na sua maioria, anóxicas e que com o tempo passaram a ser minoria dando mais espaço para formas de vida aeróbias conforme o oxigênio foi aumentando gradualmente. Os organismos macroscópicos, animais, vegetais e fungos, também fazem parte desses ciclos e desempenham diversos papeis fazendo parte do sistema como todo, desde participando dos ciclos biogeoquímicos quanto alterando a geosfera de outras maneiras, como por exemplo, participando de processos como a erosão e da sedimentação.
Paleontologia Outro tema importante dentro da geobiologia é o estudo de fósseis e de fósseis microbianos pela paleontologia. Os fósseis e os icnofósseis proporcionam informações essenciais sobre as condições ambientais passadas. Fósseis microbianos são registros antigos de vida que podem incluir microrganismos fossilizados, e alguns desses microrganismos podem ser usados para medir isótopos estáveis e biomarcadores moleculares. Esses fósseis podem ser encontrados em formações rochosas antigas, como estromatólitos, estruturas rochosas formadas pela atividade de cianobactérias no passado em ambientes aquáticos rasos. Os estromatólitos são evidências de que a vida microbiana existe há pelo menos 3,5 bilhões de anos, o que nos mostra que os microrganismos são a forma de vida mais antiga do planeta Terra, o estudo desses micro fósseis nos permite entender sobre a evolução e a diversidade da vida do nosso planeta.
O Marco antropoceno O estudo do antropoceno é feito, tanto pela arqueologia e pela História, que estuda o surgimento do Homem na história, de como nossa sociedade surgiu e evoluiu ao longo dos séculos a partir dos resquícios deixados pelas sociedades antigas, esses vestígios podem ser desde pinturas deixadas em paredes de cavernas até ferramentas, objetos e ruínas de cidades e monumentos, quanto pela geobiologia, que estuda como a evolução da civilização e de sua tecnologia afeta o meio ambiente, sabemos que uma das maiores alterações que o Homem causou no meio ambiente e que continua a causar foi e ainda é a queima de combustíveis fósseis que alterou significativamente as taxas da gás carbônico, podemos também citar a liberação de CFCS que eram altamente usados em aerossóis e que danificaram a camada de ozônio, graças ao tratado de Montreal o uso de CFCs diminuiu drasticamente e a camada de ozônio vem se regenerando desde então.
Astrobiologia A geobiologia também pode ser aplicada em ramos da astrobiologia, haja vista que compreender os processos biológicos e geológicos da Terra pode auxiliar na busca por vida em exoplanetas ou exoluas. Algumas das possíveis aplicações da geobiologia em conjunto com a astrobiologia são
Habitabilidade A indagação da possibilidade de vida no universo, acompanha a humanidade desde épocas remotas, com as primeiras afirmações sobre outros mundos remontando a Epicuro (341-270 a.C.), onde em cartas trocadas com Heródoto, afirmou a possibilidade da existência de infinitos mundos. Posteriormente, o maior defensor desta teoria foi o filósofo Giordano Bruno (1548-1600), o qual propôs diversos pontos, como, que o universo é infinito e que existem inúmeros universos habitados.
Esta concepção e curiosidade não permaneceu presa no tempo, permeando a maioria dos pensadores das diversas eras. Entretanto, com o avanço dos estudos na área de exoplanetologia, importantes avanços tecnológicos e com o aumento de investimento e criação de missões espaciais como Kepler, TESS, CoRoT e Hubble, houve um aumento exponencial da detecção de exoplanetas, incluindo exoplanetas similares à Terra. Com isto, as ideias primordiais filosóficas sobre a existência de vida em outros mundos, ganharam força e passaram a ser de fato estudados e postas em prática, tornando-se uma das principais frentes da ciência.
Com o avanço das pesquisas na área, foram postulados modelos de habitabilidade planetária, com o objetivo de modular e determinar a possibilidade de habitabilidade dos exoplanetas. O primeiro modelo de estudo de habitabilidade aplicado a exoplanetas foi proposto por James F. Kasting, o qual focava principalmente na possibilidade de um exoplaneta manter água no estado líquido
O modelo de Kasting et al apresentava diversas simplificações, onde o limite interno para a zona habitável era determinado pela perda de água enquanto o limite externo era determinado pela pela formação de nuvens de , influência na temperatura e albedo geométrico do exoplaneta. Entretanto, ao longo dos anos foram realizados diversos ajustes e reformulações neste modelo de habitabilidade, sendo o principal, e mais utilizado atualmente, o apresentado no artigos
Modelo Koparapu O método de determinação de habitabilidade apresentado nos trabalhos e, trazem uma remodelação e melhoria do conceito e limites de habitabilidade apresentados no modelo citado anteriormente, apresentado no artigo. Diferente do modelo apresentado por Kasting et al, o modelo apresentado por Koparrapu et al,utiliza modelos de banda que foram baseados nos bancos de dados espectroscópicos HITRAN e HITEMP. A partir deste banco de dados, o modelo proposto por Koparrapu et al utilizou um modelo climático radiativo-convectivo unidimensional, para obter as zonas habitáveis dos exoplanetas. Este modelo pode-ser aplicado para estrelas na sequência principal tipo F, G, K e M, podendo ser aplicado para estrelas com temperatura superficial entre 2600<T_eff< 7200 K.
A partir desse estudo, foi possível determinar cinco regiões que delimitam a habitabilidade, além de trazer informações prévias sobre a atmosfera do exoplaneta, dependendo da sua posição na zona habitável. As regiões são
Recent Vênus: É definido como o limite onde um planeta semelhante à Terra perderia sua água através de fotodissociação e escape de hidrogênio Runaway Greenhouse: É definido como o limite onde a radiação emitida pela estrela atinge um valor limite e o oceano evapora completamente. Moist Greenhouse: É definido como o limite onde a estratosfera fica úmida, com grande presença de vapor d'água. Maximum Greenhouse: Define uma estimativa conservadora da borda externa da zona habitável. É determinado pelo mínimo no fluxo estelar efetivo (S_eff), representando o máximo aquecimento por efeito estufa que gases como podem proporcionar para manter água líquida. Early mars: Representa o limite externo mais otimista, baseado nas condições que Marte pode ter tido no início de sua história, quando possivelmente havia água líquida em sua superfície. Esse limite considera que com uma atmosfera mais densa de , Marte antigo poderia ter sido habitável.
Existem dois métodos para definir a zona habitável, sendo o método rígido no qual considera a borda interna e externa da zona habitável a região entre a Runaway Greenhouse e Maximum Greenhouse, e o método otimista, que considera o a zona habitável a região entre Recent Vênus e Early mars.
Matematicamente, o modelo apresentado por Koparrapu et al em e, utiliza o fluxo estelar efetivo, o qual é determinado como a quantidade de energia luminosa por unidade de área por unidade de tempo que atinge uma determinada localização, em conjunto com a temperatura efetiva da estrela hospedeira e sua luminosidade. A equação o fluxo estelar efetivo é dado por
Onde é o fluxo estelar efetivo do sol e . Os valores das constantes a, b, c e d são dados por.
A partir desta equação e dos seus coeficientes, pode-se calcular a posição de cada uma das regiões que definem a zona habitável. Para determinar a posição de cada região, é utilizada a equação
Onde d representa a posição em unidades astronômicas, que pode calcular cada uma das posições das cinco regiões, ajustando o valor de . Os parâmetros e , representam a luminosidade da estrela hospedeira e do sol, respectivamente. A luminosidade de uma estrela pode ser obtida pela equação de Stefan-Boltzmann, a qual é dada por Onde a luminosidade da estrela depende do raio e temperatura efetiva da estrela, bem como da constante de Stefan-Boltzmann, que tem valor
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