Tal como a maioria de nós, a Terra tem muita coisa a acontecer debaixo da superfície - mesmo naquilo que outrora poderá ter parecido ser a sua camada menos esperada.
O manto, uma zona entre a fina crosta do nosso planeta e o núcleo fundido, tem 2.900 quilómetros de rocha sólida, com uma consistência semelhante à de um caramelo espesso, que os cientistas há muito supunham estar uniformemente misturado. Mas foram encontradas regiões maciças não misturadas no manto, como pedaços de chocolate numa bolacha, e novas descobertas estão apenas a começar a revelar os seus segredos.
Entre os enigmáticos pedaços de manto encontram-se dois enormes “supercontinentes” enterrados milhares de quilómetros abaixo da crosta, entre os restos de antigas placas tectónicas. Um supercontinente encontra-se debaixo de África e o outro nas profundezas do Oceano Pacífico. Utilizando um novo método de análise de dados de terramotos, os investigadores descobriram recentemente pormenores anteriormente desconhecidos sobre estas vastas regiões insulares, revelando que podem servir de âncoras no manto do nosso planeta e que podem ser muito mais antigas do que se pensava.
Esta descoberta vem juntar-se a um conjunto crescente de provas que sugerem que o manto rochoso não é tão bem agitado pela agitação interna da Terra como se pensava. E as estruturas ocultas ou bolsas de material não misturado, como estes supercontinentes, podem moldar a atividade do manto, incluindo o movimento das placas, de formas que ainda não são compreendidas, relataram os cientistas a 22 de janeiro na revista Nature.
“Estas descobertas contribuirão para uma melhor compreensão da convecção do manto e da tectónica de placas e, por conseguinte, dos fenómenos que vivemos à superfície, como os terramotos e o vulcanismo”, afirmou Claire Richardson, candidata a doutoramento na Escola de Exploração da Terra e do Espaço da Universidade Estatal do Arizona, que não esteve envolvida na nova investigação.
“Resolver as propriedades físicas, térmicas e químicas das rochas a cerca de 3000 km abaixo dos nossos pés, a temperaturas e pressões extremas, é um problema no mínimo desafiante”, disse Richardson à CNN por correio eletrónico. “Há muitas questões em aberto e cada novo estudo aproxima-nos mais da compreensão do que realmente se passa lá em baixo”.
Pistas reveladas pelas ondas
Os investigadores detetaram pela primeira vez os supercontinentes subterrâneos há cerca de 50 anos, quando estes surgiram como anomalias nos dados sísmicos gerados por terramotos suficientemente fortes para enviar reverberações através do planeta. Quando as ondas sísmicas encontram estruturas invulgares no manto, as alterações na velocidade das ondas fornecem aos sismólogos pistas sobre o interior profundo da Terra.
Ao longo das décadas, os dados sísmicos revelaram que estes supercontinentes constituem cerca de 20% da fronteira entre o manto e o núcleo. Cada uma das ilhas enterradas cobre centenas de milhares de quilómetros e, em alguns pontos, elevam-se a quase 965 quilómetros de altura. No entanto, pouco se sabia sobre a sua constituição, quando se afundaram e qual o papel que poderiam desempenhar no fluxo do manto, conhecido como convecção, disse a Dra. Sujania Talavera-Soza, principal autora do novo estudo e investigadora em geociências e sismologia na Universidade de Utrecht, nos Países Baixos.
“A sua origem e o facto de serem ou não estruturas de longa duração são questões amplamente debatidas”, disse Talavera-Soza.
Investigações anteriores centraram-se na velocidade das ondas sísmicas, mostrando que a velocidade das ondas abrandava cerca de 2% ao chegar aos supercontinentes. Este abrandamento das ondas sísmicas levou os geólogos a designar as regiões por grandes províncias de baixa velocidade de corte, ou GPBVC.
A perda de velocidade nas ondas sísmicas sugeriu que estas zonas do manto eram mais quentes do que as rochas à sua volta, disse Talavera-Soza. Mas não se sabia se as GPBVC diferiam estruturalmente das regiões vizinhas. Os cientistas também não tinham a certeza se os supercontinentes estavam ativamente envolvidos na convecção ou se eram “uma espécie de pilhas densas que ficavam ali paradas”, disse o coautor do estudo, Dr. Arwen Deuss, professor de estrutura e composição do interior profundo da Terra na Universidade de Utrecht.
“Não havia qualquer informação sobre isso”, disse Deuss. “Só sabíamos que as ondas sísmicas abrandavam”.
No novo estudo, os autores utilizaram uma abordagem diferente para estudar as GPBVC, para ver se conseguiam descobrir pormenores sobre a composição e a atividade das zonas. Analisaram a atenuação, ou intensidade, dos sinais sísmicos à medida que viajavam através do manto para ver quanta energia as vibrações dos terramotos perdiam.
Na música, a atenuação é comparável ao amortecimento de um tom, que produz um volume mais baixo, disse Deuss. Examinar a atenuação das ondas - juntamente com as alterações na velocidade das ondas - pode fornecer pistas nunca antes vistas sobre a composição das GPBVC. Os melhores dados para isso são os das ondas produzidas por terramotos de magnitude 7,8 ou superior, acrescentou Talavera-Soza.
Sabe-se que a velocidade das ondas e a perda de energia são afetadas pela granulometria dos minerais e pela temperatura, pelo que os autores utilizaram um modelo físico que associava a sismologia e a física dos minerais. As ondas são mais amortecidas quando encontram material constituído por grãos mais pequenos; se houver muitos grãos agrupados, há mais fronteiras entre os grãos que podem minar a energia de uma onda.
Mais antigo do que os "cemitérios de placas"
Outros estudos revelaram que os supercontinentes tinham companhia no manto profundo. À sua volta havia “cemitérios de placas” de placas tectónicas afundadas, disse
Deuss. Eram mais frias do que as GPBVC, pelo que as ondas sísmicas se deslocavam através delas mais rapidamente.
No entanto, o novo modelo mostrou que, embora a velocidade das ondas sísmicas diminuísse quando atingiam as GPBVC, as ondas não perdiam muita energia. Em comparação, houve um amortecimento significativo entre os cemitérios mais frios em torno das GPBVC.
Os investigadores acreditam que estas diferenças se devem às idades comparativas das estruturas. Ao longo de milhões de anos, à medida que o material rochoso desce através da fronteira entre o manto superior e o inferior, os cristais minerais são comprimidos e reformados em grãos mais pequenos que depois voltam a crescer com o tempo. As regiões mais jovens têm, portanto, cristais mais pequenos, que sugam mais energia das ondas sísmicas, pelo que a quantidade de amortecimento numa região indica a sua idade.
“O facto de as GPBVC mostrarem muito pouco amortecimento significa que devem ser constituídos por grãos muito maiores do que os que os rodeiam”, disse Talavera-Soza. Os grãos minerais maiores sugerem que os supercontinentes eram significativamente mais antigos do que os cemitérios tectónicos à sua volta, uma vez que os seus grãos devem ter tido mais tempo para crescer, de acordo com o estudo. Os blocos de construção maiores também tornariam os supercontinentes mais rígidos, mantendo-os separados da convecção do manto, ou movimento de materiais nessa camada devido à transferência de calor.
“O nosso estudo aponta para que as GPBVC sejam caraterísticas de longa duração, com pelo menos meio milhar de milhão de anos, talvez ainda mais antigas”, disse Talavera-Soza. “Isto implica que actuam como âncoras na base da fronteira entre o núcleo e o manto e que sobreviveram à convecção do manto, o que significa que o manto não está bem misturado”.
Esta descoberta segue-se a uma outra revelação recente sobre ainda mais “mundos afundados” que contradizem a noção de um manto misturado. As placas enterradas nos cemitérios tectónicos tendem a acumular-se em alinhamento com as zonas de subducção da Terra - regiões onde os bordos de duas placas se encontram e onde uma desliza por baixo da outra. Mas no início deste ano, outra equipa de cientistas identificou placas tectónicas afundadas longe destas fronteiras, em locais sob o interior dos continentes e sob os oceanos, onde nunca antes tinham sido encontradas placas afundadas.
“Aparentemente, estas zonas no manto terrestre estão muito mais disseminadas do que se pensava”, afirmou Thomas Schouten, autor principal dessa investigação e investigador do Instituto Geológico do ETH Zurique, o Instituto Federal Suíço de Tecnologia, num comunicado.
O modelo do novo estudo - o primeiro modelo de atenuação 3D para todo o manto - ajudará os sismólogos a compreender melhor o que se encontra a milhares de quilómetros abaixo da superfície da Terra, disse Richardson, a doutoranda.
“Mapeia as regiões da Terra que enfraquecem a energia sísmica, afetando, em última análise, as medições que muitos sismólogos utilizam para compreender outras propriedades físicas e químicas do interior da Terra”, afirmou.
As descobertas podem transformar a compreensão dos investigadores sobre a tectónica de placas e a forma como o movimento das placas pode ser moldado por estas âncoras antigas e fixas perto do núcleo da Terra, disse Deuss. Uma análise mais aprofundada dos supercontinentes poderá também revelar se são a fonte de elementos geoquímicos quase tão antigos como a própria Terra, que se encontram na lava de certos tipos de vulcões, acrescentou.
“Estas GPBVC estão lá há muito tempo - se estão lá há mil milhões de anos, podem também estar lá há 4 mil milhões de anos. Podem muito bem ser o reservatório escondido onde estes elementos químicos primordiais podem estar localizados. Não podemos provar isso agora, mas os geoquímicos podem investigar”, disse Deuss.
“A partir deste estudo, penso que haverá muita investigação adicional que poderá responder a muitas questões pendentes que têm confundido os cientistas há muito tempo”.
*Mindy Weisberger é uma escritora de ciência e produtora de media cujo trabalho foi publicado na Live Science, Scientific American e na revista How It Works
