Esta gigante enterrada, mais densa e mais rica em ferro do que a rocha circundante, poderá estar a orientar silenciosamente plumas de rocha quente que alimentam os vulcões do Havai e ajudam a manter o hotspot fixo durante dezenas de milhões de anos.
Um abrandamento misterioso a 2.900 quilómetros por baixo do Havai
Os geofísicos não conseguem perfurar sequer perto do núcleo do nosso planeta, pelo que recorrem aos sismos como scanners naturais. Quando grandes sismos enviam ondas sísmicas através da Terra, essas ondas aceleram ou abrandam consoante o material que atravessam. Sob o Havai, abrandam drasticamente numa região ampla e profunda.
Esta área estranha faz parte do que os cientistas chamam uma “zona de velocidade ultra-baixa”, ou ULVZ (ultra-low velocity zone). Nestas zonas, as ondas sísmicas deslocam-se muito mais lentamente do que na rocha normal do manto. A ULVZ havaiana situa-se mesmo na fronteira entre o manto inferior sólido da Terra e o seu núcleo externo líquido, a cerca de 2.900 quilómetros de profundidade.
O que distingue o Havai é a dimensão desta anomalia. Em vez de uma pequena mancha, estende-se lateralmente por mais de 1.000 quilómetros e tem uma espessura estimada de 20–40 quilómetros. Esta escala valeu-lhe o apelido de “mega-ULVZ”.
Esta mega-ULVZ é uma das maiores estruturas conhecidas na fronteira núcleo–manto e encontra-se quase exactamente sob o hotspot havaiano.
Uma equipa da Carnegie Institution for Science, do Imperial College London e da Seoul National University combinou diferentes tipos de dados sísmicos para construir um modelo 3D da região. Ao misturarem várias técnicas tomográficas e ao utilizarem tanto ondas P (ondas de compressão) como ondas S (ondas de cisalhamento), afinaram imagens anteriormente difusas, obtendo um retrato muito mais claro.
A correspondência geográfica entre esta anomalia profunda e o hotspot à superfície que alimenta os vulcões do Havai é impressionante. Esse alinhamento levou os investigadores a sugerir que a estrutura enterrada não é apenas um espectador, mas uma parte activa do sistema que mantém o hotspot aproximadamente no mesmo lugar enquanto a placa do Pacífico deriva por cima.
Um bloco sólido, rico em ferro, em vez de rocha fundida
Durante anos, muitos geocientistas pensaram que as ULVZs eram bolsas de rocha parcialmente fundida. As ondas sísmicas mais lentas eram frequentemente atribuídas a pequenas quantidades de material fundido. O novo estudo defende algo muito diferente para o Havai: a mega-ULVZ parece ser totalmente sólida e excepcionalmente rica em ferro.
Ao analisarem quanto diminuem as velocidades das ondas P e S nesta camada, a equipa calculou um valor-chave conhecido como razão RS/P, que compara o abrandamento das ondas S com o das ondas P. No Havai, encontraram razões entre 1,0 e 1,3, compatíveis com o que seria esperado para minerais sólidos densos, e não para uma massa pastosa de rocha parcialmente fundida.
A melhor correspondência, argumentam, é uma composição dominada por magnesiowüstite, uma mistura mineral de óxido de magnésio e óxido de ferro, escrita como (Mg,Fe)O. Este mineral é estável às pressões enormes junto à fronteira núcleo–manto e é conhecido por duas propriedades cruciais: é muito denso e é um excelente condutor de calor.
Os dados apontam para um corpo sólido, rico em ferro, com mais de 20% de óxido de ferro em volume - muito acima do manto circundante.
Esta composição distingue a mega-ULVZ quimicamente da rocha normal do manto inferior. Sugere que o bloco havaiano poderá ser um reservatório de longa duração que escapou à reciclagem constante do interior da Terra. Por outras palavras, poderá ser um vestígio de fases muito iniciais da história do planeta que persistiu durante milhares de milhões de anos.
Restos antigos ou crosta reciclada?
A equipa analisou várias histórias possíveis para a origem desta gigante enterrada. Destacam-se dois cenários principais:
- Resíduo de um oceano de magma primordial: Na infância da Terra, o planeta terá provavelmente tido um profundo “oceano de magma”. À medida que arrefeceu e cristalizou, minerais densos e ricos em ferro podem ter afundado e acumulado na base do manto, formando manchas como a mega-ULVZ havaiana.
- Fundo oceânico antigo subduzido: Ao longo do tempo, placas oceânicas afundam no manto em zonas de subducção. A crosta oceânica antiga, carregada de minerais com ferro, pode ter descido até à fronteira núcleo–manto e acumulado numa pilha espessa e quimicamente distinta.
Ambas as ideias implicam que partes do manto profundo ainda preservam impressões digitais químicas de épocas muito diferentes da história da Terra. A mega-ULVZ havaiana pode ser uma dessas cápsulas do tempo, registando acontecimentos dos primeiros dias do planeta ou de oceanos há muito desaparecidos.
Como uma lente térmica enterrada pode fixar um hotspot no lugar
A composição invulgar da mega-ULVZ faz mais do que abrandar ondas sísmicas. Os seus minerais ricos em ferro conduzem calor muito melhor do que o manto silicatado circundante. Isso dá-lhe um papel poderoso na forma como o calor passa do núcleo para o manto.
Um bloco rico em ferro na base do manto pode actuar como uma lente térmica, concentrando o calor do núcleo e alimentando uma pluma mantélica estável.
Sob o Havai, os investigadores pensam que esta estrutura canaliza o calor para cima, aumentando a temperatura directamente acima dela. A rocha mais quente é menos densa, pelo que tende a subir. Ao longo de milhões de anos, este aquecimento focalizado pode iniciar e sustentar uma pluma do manto: uma coluna alta, de subida lenta, de rocha quente que acaba por atingir a base das placas tectónicas.
Quando uma pluma deste tipo atinge a parte inferior da placa do Pacífico sob o Havai, provoca fusão parcial e produz grandes volumes de magma. Esse magma alimenta os vulcões que construíram as ilhas havaianas e a longa cadeia de montes submarinos que se estende para noroeste através do Pacífico.
A elevada densidade da mega-ULVZ também pode ser importante. Sendo mais pesada do que o manto normal, pode abrandar movimentos convectivos próximos. Esse efeito estabilizador poderá ajudar a “ancorar” a base da pluma, impedindo-a de derivar lateralmente mesmo enquanto a placa acima se move. Isto oferece uma nova forma de explicar porque é que o hotspot havaiano se manteve aproximadamente no mesmo lugar durante pelo menos 70 milhões de anos.
Para lá do Havai: um padrão global de estruturas profundas
O Havai não está sozinho. Sismólogos detectaram outras ULVZs sob locais como Samoa e partes do Atlântico Sul. Algumas são pequenas, outras mais substanciais, mas todas se agrupam perto da fronteira núcleo–manto e frequentemente se alinham sob grandes hotspots vulcânicos.
Esse padrão sugere uma estrutura organizadora mais profunda no interior da Terra. Em vez de um manto uniforme, a base do manto pode estar salpicada de manchas quimicamente distintas e ricas em ferro que moldam como e onde se formam as plumas do manto.
| Localização | Tipo de estrutura profunda | Expressão provável à superfície |
|---|---|---|
| Havai | Mega-ULVZ, rica em ferro e sólida | Hotspot de longa duração e cadeia de ilhas |
| Samoa | ULVZ de menor extensão lateral | Vulcanismo de hotspot com química de lava invulgar |
| Atlântico Sul | ULVZs descontínuas perto da fronteira núcleo–manto | Associadas a actividade vulcânica intraplaca |
Se estes blocos profundos forem generalizados, poderão ajudar a controlar o grande “motor térmico” do planeta, influenciando tudo, desde onde os vulcões entram em erupção até à forma como o núcleo arrefece ao longo do tempo.
Conceitos-chave por detrás da ciência
Vários termos técnicos estão no centro desta investigação e ajudam a mostrar por que razão as novas conclusões são importantes.
Tomografia sísmica é o método que permite aos cientistas obter imagens do interior da Terra. Ao medir tempos de chegada e trajectos de ondas sísmicas provenientes de muitos sismos e registadas em muitas estações, os investigadores reconstroem uma espécie de TAC 3D do planeta. Regiões mais rápidas indicam tipicamente rocha mais fria e mais rígida; regiões mais lentas assinalam material mais quente ou com composição diferente.
ULVZs são pequenas mas extremas características na base do manto, onde as velocidades das ondas podem cair até 30%. Em geral, têm apenas algumas dezenas de quilómetros de espessura, mas podem ter centenas ou milhares de quilómetros de largura. As suas propriedades invulgares tornam-nas suspeitas principais no controlo da dinâmica do manto profundo.
Plumas do manto são ascensões de rocha anormalmente quente que sobe a partir de grandes profundidades no manto. Nem todos os geofísicos concordam sobre os seus detalhes, mas as plumas são amplamente usadas para explicar hotspots isolados como o Havai e a Islândia, que ficam longe dos limites das placas.
Porque é que um bloco enterrado importa para a vida à superfície
À primeira vista, uma camada de rocha densa a milhares de quilómetros de profundidade parece distante do quotidiano. No entanto, estas estruturas ocultas influenciam riscos e recursos do mundo real.
Ao ajudarem a estabilizar hotspots, blocos profundos ricos em ferro afectam onde os vulcões persistem durante milhões de anos. Isso molda cadeias de ilhas, planaltos oceânicos e até o clima a longo prazo, porque grandes sistemas vulcânicos sustentados podem libertar grandes quantidades de dióxido de carbono e outros gases.
Modelos melhores dessas estruturas profundas também refinam avaliações de perigos. Saber como o calor sobe a partir do núcleo e onde as plumas atingem a superfície pode melhorar previsões sobre onde nova actividade vulcânica poderá um dia surgir ao longo de trajectórias de hotspots.
Há também uma perspectiva planetária. Processos semelhantes podem ocorrer no interior de outros mundos rochosos. Compreender as mega-ULVZs da Terra oferece pistas sobre por que razão Marte perdeu a maior parte da sua actividade vulcânica, ou por que Vénus parece ter vulcanismo intenso e irregular sem tectónica de placas ao estilo terrestre.
Trabalhos futuros deverão combinar experiências laboratoriais a alta pressão, redes sísmicas mais detalhadas em ilhas e fundos oceânicos, e simulações numéricas poderosas. Em conjunto, estas abordagens deverão testar se a mega-ULVZ do Havai é única ou apenas o membro mais bem conhecido de uma família oculta de blocos profundos ricos em ferro que orientam discretamente os hotspots vulcânicos da Terra a partir da margem do núcleo.
Comentários
Ainda não há comentários. Seja o primeiro!
Deixar um comentário