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 ponto quente fixo durante dezenas de milhões de anos.
Um abrandamento misterioso a 2 900 quilómetros abaixo do Havai
Os geofísicos não conseguem perfurar sequer perto do núcleo do nosso planeta, pelo que recorrem aos sismos como scanners naturais. Quando grandes terramotos enviam ondas sísmicas através da Terra, essas ondas aceleram ou abrandam consoante o material que atravessam. Sob o Havai, elas abrandam dramaticamente numa região ampla e profunda.
Esta zona 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 propagam-se muito mais lentamente do que na rocha normal do manto. A ULVZ havaiana situa-se exatamente na fronteira entre o manto inferior sólido da Terra e o 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 atinge uma espessura estimada de 20 a 40 quilómetros. Essa escala valeu-lhe a alcunha de “mega-ULVZ”.
Esta mega-ULVZ é uma das maiores estruturas conhecidas na fronteira núcleo–manto e encontra-se quase exatamente por baixo do ponto quente 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 juntar várias técnicas tomográficas e ao usar tanto ondas P (ondas de compressão) como ondas S (ondas de cisalhamento), transformaram imagens antes difusas numa representação muito mais nítida.
A correspondência geográfica entre esta anomalia profunda e o ponto quente à superfície que alimenta os vulcões do Havai é impressionante. Esse alinhamento levou os investigadores a sugerir que a estrutura enterrada não é apenas uma espectadora, mas uma parte ativa do sistema que mantém o ponto quente aproximadamente no mesmo sítio enquanto a placa do Pacífico deriva por cima.
Um bloco sólido e rico em ferro em vez de rocha fundida
Durante anos, muitos geocientistas pensaram que as ULVZ eram bolsas de rocha parcialmente fundida. O abrandamento das ondas sísmicas era frequentemente atribuído a pequenas quantidades de material em fusão. O novo estudo defende algo muito diferente para o Havai: a mega-ULVZ parece ser inteiramente sólida e excecionalmente rica em ferro.
Ao analisar quanto diminuem as velocidades das ondas P e S nesta camada, a equipa calculou um valor-chave conhecido como rácio RS/P, que compara o abrandamento das ondas S com o das ondas P. No Havai, encontraram rácios entre 1,0 e 1,3, compatíveis com o que se esperaria de minerais sólidos densos, e não de uma massa pastosa de rocha parcialmente fundida.
O melhor ajuste, 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 enormes pressões junto da fronteira núcleo–manto e é conhecido por duas propriedades cruciais: é muito denso e conduz muito bem o calor.
Os dados apontam para um corpo sólido e rico em ferro com mais de 20% de óxido de ferro em volume - muito acima do manto circundante.
Esta composição distingue quimicamente a mega-ULVZ 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. Ou seja, poderá ser uma relíquia dos primórdios do planeta que persistiu durante milhares de milhões de anos.
Restos antigos ou crosta reciclada?
A equipa considerou várias histórias de origem possíveis para este gigante enterrado. Destacam-se dois cenários principais:
- Resíduo de um oceano de magma primitivo: 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 subductado: Com o tempo, placas oceânicas afundam no manto em zonas de subducção. Crosta oceânica antiga, carregada de minerais com ferro, poderia 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 poderá ser uma dessas cápsulas do tempo, registando eventos dos primeiros dias do planeta ou de oceanos há muito desaparecidos.
Como uma lente térmica enterrada pode fixar um ponto quente no lugar
A composição invulgar da mega-ULVZ faz mais do que abrandar as 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 se move do núcleo para o manto.
Um bloco rico em ferro na base do manto pode agir como uma lente térmica, concentrando calor do núcleo e alimentando uma pluma do manto estável.
Sob o Havai, os investigadores pensam que esta estrutura canaliza calor para cima, aumentando a temperatura diretamente acima dela. A rocha mais quente é menos densa e tende a subir. Ao longo de milhões de anos, este aquecimento focalizado pode iniciar e sustentar uma pluma do manto: uma coluna alta e lentamente ascendente de rocha quente que acaba por alcançar a base das placas tectónicas.
Quando essa pluma atinge a parte inferior da placa do Pacífico sob o Havai, ocorre fusão parcial e produzem-se 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 poderá ser importante. Por ser mais pesada do que o manto normal, pode abrandar movimentos convectivos nas proximidades. Esse efeito estabilizador pode 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 ponto quente havaiano se manteve aproximadamente no mesmo lugar durante pelo menos 70 milhões de anos.
Para além do Havai: um padrão global de estruturas profundas
O Havai não está sozinho. Sismólogos detetaram outras ULVZ sob locais como Samoa e partes do Atlântico Sul. Algumas são pequenas, outras mais substanciais, mas todas se concentram perto da fronteira núcleo–manto e, muitas vezes, alinham-se por baixo de grandes pontos quentes 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 plumas do manto.
| Localização | Tipo de estrutura profunda | Provável expressão à superfície |
|---|---|---|
| Havai | Mega-ULVZ, rica em ferro e sólida | Ponto quente de longa duração e cadeia de ilhas |
| Samoa | ULVZ de menor extensão lateral | Vulcanismo de ponto quente com química de lavas invulgar |
| Atlântico Sul | ULVZ fragmentadas perto da fronteira núcleo–manto | Associadas a atividade vulcânica intraplaca |
Se estes blocos profundos forem comuns, podem ajudar a controlar o grande motor térmico do planeta, influenciando 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 perceber por que razão as novas conclusões são importantes.
Tomografia sísmica é o método que permite aos cientistas visualizar o interior da Terra. Medindo tempos de chegada e trajetos de ondas sísmicas de muitos sismos em muitas estações, os investigadores reconstroem uma espécie de TAC 3D do planeta. Regiões mais rápidas indicam, em geral, rocha mais fria e rígida; regiões mais lentas assinalam material mais quente ou com composição diferente.
ULVZ são características pequenas mas extremas na base do manto, onde as velocidades das ondas podem cair até 30%. Normalmente têm apenas algumas dezenas de quilómetros de espessura, mas podem ter centenas ou milhares de quilómetros de largura. As suas propriedades invulgares fazem delas suspeitas principais no controlo da dinâmica do manto profundo.
Plumas do manto são ascensões de rocha anormalmente quente que sobem a partir de grandes profundidades do manto. Nem todos os geofísicos concordam nos seus detalhes, mas as plumas são amplamente usadas para explicar pontos quentes isolados como o Havai e a Islândia, que ficam longe dos limites de 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 escondidas influenciam riscos e recursos do mundo real.
Ao ajudarem a estabilizar pontos quentes, blocos profundos ricos em ferro afetam onde o vulcanismo persiste 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 destas 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 atividade vulcânica poderá um dia surgir ao longo de trajetórias de pontos quentes.
Há também uma perspetiva planetária. Processos semelhantes podem operar no interior de outros mundos rochosos. Compreender as mega-ULVZ da Terra dá pistas sobre porque Marte perdeu a maior parte da sua atividade vulcânica, ou porque 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 conhecido de uma família escondida de blocos profundos ricos em ferro que orientam silenciosamente os pontos quentes vulcânicos da Terra a partir da orla do núcleo.
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