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Ciência18/04/2022

Vulcões, diamantes e bolhas: uma história surpreendente do interior da Terra

O interior da Terra há 80 milhões de anos, com estruturas quentes em amarelo a vermelho (mais escuro é mais raso) e estruturas frias em azul (mais escuro é mais profundo). Crédito: Ömer Bodur/Nature

18/04/22 - 10h30min

Nas profundezas da Terra, abaixo de nós, encontram-se duas bolhas do tamanho de continentes. Uma está sob a África, a outra, sob o Oceano Pacífico.

As bolhas têm suas raízes 2.900 quilômetros abaixo da superfície, quase a meio caminho do centro da Terra. Acredita-se que sejam o local de nascimento de colunas ascendentes de rocha quente chamadas “plumas do manto profundo” que atingem a superfície da Terra.

Quando essas plumas atingem a superfície, ocorrem erupções vulcânicas gigantescas – do tipo que contribuiu para a extinção dos dinossauros há 65,5 milhões de anos. As bolhas também podem controlar a erupção de um tipo de rocha chamada kimberlito, que traz diamantes de profundidades de 120 a 150 km (e em alguns casos até cerca de 800 km) à superfície da Terra.

Os cientistas sabem que as bolhas existem há muito tempo, mas como elas se comportaram ao longo da história da Terra é uma questão em aberto. Em uma nova pesquisa, modelamos um bilhão de anos de história geológica e descobrimos que as bolhas se juntam e se separam como continentes e supercontinentes.

Bolhas da Terra como fotografadas a partir de dados sísmicos. A bolha africana está no topo e a bolha do Pacífico, na parte inferior. Crédito: Ömer Bodur

Um modelo para a evolução das bolhas da Terra

As bolhas estão no manto, a espessa camada de rocha quente entre a crosta terrestre e seu núcleo. O manto é sólido, mas flui lentamente em longas escalas de tempo. Sabemos que as bolhas estão lá porque desaceleram as ondas causadas por terremotos, o que sugere que as bolhas são mais quentes do que os arredores.

Os cientistas geralmente concordam que as bolhas estão ligadas ao movimento das placas tectônicas na superfície da Terra. No entanto, como as bolhas mudaram ao longo da história da Terra os intrigava.

Uma escola de pensamento tem sido que as bolhas atuais agiram como âncoras, travadas no lugar por centenas de milhões de anos, enquanto outras rochas se movem ao redor delas. No entanto, sabemos que as placas tectônicas e as plumas do manto se movem ao longo do tempo, e pesquisas sugerem que a forma das bolhas está mudando.

Nossa nova pesquisa mostra que as bolhas da Terra mudaram de forma e localização muito mais do que se pensava anteriormente. Na verdade, ao longo da história, eles se formaram e se desintegraram da mesma forma que os continentes e supercontinentes na superfície da Terra.

Usamos a National Computational Infrastructure da Austrália para executar simulações avançadas de computador de como o manto da Terra fluiu ao longo de um bilhão de anos.

Esses modelos são baseados na reconstrução dos movimentos das placas tectônicas. Quando as placas se empurram umas contra as outras, o fundo do oceano é empurrado para baixo entre elas em um processo conhecido como subducção. A rocha fria do fundo do oceano afunda cada vez mais no manto e, quando atinge uma profundidade de cerca de 2.000 km, empurra as bolhas quentes para o lado.

Os últimos 200 milhões de anos do interior da Terra. Estruturas quentes estão em amarelo para vermelho (mais escuro é mais raso) e estruturas frias em azul (mais escuro é mais profundo)

Encaixe no padrão

Descobrimos que, assim como os continentes, as bolhas podem se juntar – formando “superbolhas” como na configuração atual – e se desfazer com o tempo.

Um aspecto fundamental de nossos modelos é que, embora as bolhas mudem de posição e forma ao longo do tempo, elas ainda se encaixam no padrão de erupções vulcânicas e kimberlito registradas na superfície da Terra. Esse padrão era anteriormente um argumento-chave para as bolhas como “âncoras” imóveis.

Surpreendentemente, nossos modelos revelam a bolha africana formada há 60 milhões de anos – em contraste com as sugestões anteriores, a bolha poderia ter existido aproximadamente em sua forma atual por quase dez vezes mais.

Dúvidas restantes sobre as bolhas

Como surgiram as bolhas? Do que exatamente elas são feitas? Ainda não sabemos.

As bolhas podem ser mais densas do que o manto circundante e, como tal, podem consistir em material separado do resto do manto no início da história da Terra. Isso poderia explicar por que a composição mineral da Terra é diferente daquela esperada a partir de modelos baseados na composição de meteoritos.

Alternativamente, a densidade das bolhas pode ser explicada pelo acúmulo de material oceânico denso de lajes de rocha empurradas para baixo pelo movimento das placas tectônicas.

Independentemente desse debate, nosso trabalho mostra que as placas que afundam são mais propensas a transportar fragmentos de continentes para a bolha africana do que para a bolha do Pacífico. Curiosamente, esse resultado é consistente com trabalhos recentes que sugerem que a fonte das plumas do manto que surgem da bolha africana contém material continental, enquanto as plumas que surgem da bolha do Pacífico não.

Rastreando as bolhas para encontrar minerais e diamantes

Embora nosso trabalho aborde questões fundamentais sobre a evolução do nosso planeta, também tem aplicações práticas.

Nossos modelos fornecem uma estrutura para direcionar com mais precisão a localização de minerais associados à ressurgência do manto. Isso inclui diamantes trazidos à superfície por kimberlitos que parecem estar associados às bolhas.

Depósitos de sulfetos magmáticos, que são a principal reserva mundial de níquel, também estão associados às plumas do manto. Ao ajudarem a atingir minerais como o níquel (um ingrediente essencial das baterias de íons de lítio e outras tecnologias de energia renovável), nossos modelos podem contribuir para a transição para uma economia de baixa emissão.

* Nicolas Flament é professor sênior na Universidade de Wollongong (Austrália); André Merdith é pesquisador bolsista na Universidade de Leeds (Reino Unido); Ömer F. Bodur é pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Wollongong; Simon Williams é pesquisador bolsista na Northwest University, Xi’na (China).

** Este artigo foi republicado do site The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original aqui.

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