Dois estranhos “blocos” gigantes no interior da Terra podem finalmente ter explicação.

Um dos enigmas mais peculiares do nosso planeta é a existência de duas massas gigantes e muito densas, concentradas de forma difícil de explicar imediatamente acima do núcleo da Terra.

Modelos recentes sugerem agora uma origem inesperada para essas estruturas: em vez das explicações mais populares, parte do material poderá ter “extravasado” de um núcleo ainda jovem, nos primórdios da formação do planeta, misturando-se com o manto e dando origem às chamadas grandes províncias de baixa velocidade de cisalhamento (LLSVPs) que hoje se identificam.

“Não são esquisitices aleatórias”, afirma o geodinamicista Yoshinori Miyazaki, da Universidade Rutgers. “São impressões digitais da história mais antiga da Terra. Se percebermos por que existem, percebemos como o planeta se formou e como passou a ser habitável.”

Como se descobriram as grandes províncias de baixa velocidade de cisalhamento (LLSVPs)

As duas LLSVPs começaram a ganhar forma na década de 1980, quando a análise de dados sísmicos de sismos revelou duas regiões vastas no manto inferior: uma sob África e outra sob o Oceano Pacífico.

Estas zonas erguem-se a partir do limite núcleo–manto, situado a cerca de 2 900 km de profundidade. Ao atravessá-las, as ondas sísmicas deslocam-se de forma anormalmente lenta, um sinal consistente com composição diferente da do material circundante.

Porque é que estas “bolhas” importam para o planeta

Estas estruturas não são apenas uma curiosidade geológica. Em particular, a “bolha” africana já foi associada a alterações que poderão contribuir para um enfraquecimento do campo magnético terrestre sobre o Atlântico. Há ainda investigadores que defendem que as LLSVPs podem ter influenciado o aparecimento e a evolução da tectónica de placas, um dos pilares da habitabilidade a longo prazo.

Em última análise, o que estas massas são - e como se instalaram onde estão - liga-se diretamente à história evolutiva da Terra e à forma como o seu interior continua a comportar-se.

Explicações antigas: placas afundadas, oceano de magma e Theia

Antes destes novos modelos, foram propostas várias origens possíveis para as LLSVPs, entre as quais:

• restos de antigas lajes tectónicas subduzidas e preservadas no manto profundo;
• vestígios de um oceano de magma que teria coberto a Terra logo após a formação;
• fragmentos de Theia, o corpo do tamanho de um planeta que terá colidido com a Terra e contribuído para a formação da Lua.

Um estudo recente, ao sugerir que estas estruturas são muito antigas e notavelmente estáveis, parecia reforçar a hipótese do oceano de magma. Segundo essa ideia, a Terra começou como uma esfera muito quente e parcialmente fundida; à medida que arrefecia, os materiais separaram-se por densidade, com os mais pesados a afundarem.

As ULVZs e o problema das “camadas perfeitas”

A discussão ganhou mais complexidade com a presença de outra classe de estruturas no limite núcleo–manto: as zonas de velocidade ultra-baixa (ULVZs). Trata-se de manchas finas que tendem a surgir junto às margens das LLSVPs e onde as ondas sísmicas podem propagar-se até uma ordem de grandeza mais lentamente do que no interior das próprias grandes províncias de baixa velocidade de cisalhamento.

Para a versão mais simples da hipótese do oceano de magma funcionar, seria expectável uma estratificação muito “arrumada”, quase como um bolo em camadas, incluindo uma zona acima do limite núcleo–manto relativamente rica em ferropericlase. Contudo, os dados sísmicos apontam para teores bem mais baixos desse mineral. Além disso, a própria existência das LLSVPs e das ULVZs - e a forma como parecem estar empilhadas de modo irregular - não combina bem com um modelo de separação limpa e estável em camadas.

“Essa contradição foi o ponto de partida”, explica Miyazaki. “Quando partimos do oceano de magma e fazemos as contas, não obtemos o que hoje observamos no manto. Faltava qualquer coisa.”

O ingrediente em falta: fuga de material do núcleo no início da Terra

Para descobrir o que faltava, a equipa recorreu a simulações em que combinou os “ingredientes” fundamentais da Terra e acompanhou o seu arrefecimento em dois cenários: com e sem passagem de material do núcleo para o manto.

Os resultados dependem de um detalhe crucial: nem todos os componentes cristalizam ao mesmo ritmo. À medida que o núcleo arrefece e se contrai sob pressão, os modelos indicam que componentes mais leves, como o óxido de magnésio e o dióxido de silício, cristalizam mais facilmente do que o ferro presente na mistura. Esses cristais mais leves tendem a subir e acabam por ser forçados através do limite núcleo–manto, entrando no oceano de magma, onde se dissolvem.

Uma vez incorporado, esse material adicional altera a química do magma de forma a favorecer a formação de bridgmanite e seifertite ricas em silicatos. Assim, o estrato inferior passa a ser dominado por essas fases, ao mesmo tempo que os níveis de ferropericlase permanecem reduzidos - exatamente o tipo de assinatura que os dados sísmicos sugerem.

Mesmo em condições internas extremas, com pressões e temperaturas muito elevadas, estas estruturas poderiam manter-se ao longo dos 4,5 mil milhões de anos de história do planeta. Com o tempo, a convecção do manto tenderia a juntá-las gradualmente em configurações empilhadas, compatíveis com as “pilhas” que hoje se inferem a partir da sismologia.

O que isto muda na interpretação do oceano de magma

Este cenário devolve credibilidade à hipótese do oceano de magma, mas numa versão menos “limpa” do que a ideia clássica: em vez de camadas perfeitamente separadas, a Terra primitiva poderá ter construído as suas grandes heterogeneidades profundas com uma contribuição decisiva de material que atravessou o limite núcleo–manto.

O resultado é uma explicação que acomoda simultaneamente: - a antiguidade e a estabilidade das LLSVPs; - os baixos teores esperados de ferropericlase; - a coexistência e o posicionamento das ULVZs nas margens das grandes províncias.

(Novo) Como a “impressão digital” do manto profundo pode ligar-se ao vulcanismo à superfície

Se estruturas densas e antigas como as LLSVPs persistem durante milhares de milhões de anos, é plausível que influenciem a circulação do manto e a localização de plumas mantélicas. Isso ajuda a enquadrar por que razão certos pontos quentes e províncias vulcânicas de longa duração podem ter relações com o manto profundo, ainda que estabelecer ligações diretas exija cautela e múltiplas linhas de evidência.

(Novo) Implicações para outros planetas e para a habitabilidade

Se as LLSVPs e as ULVZs tiverem realmente participado, direta ou indiretamente, na génese de uma tectónica de placas duradoura - crucial para reciclagem de carbono, regulação climática e manutenção de um ambiente estável - então pequenas diferenças iniciais (como a facilidade com que material do núcleo extravasa para o manto) podem ajudar a explicar por que razão planetas rochosos semelhantes evoluíram de modo tão distinto.

“Mesmo com muito poucas pistas, estamos a começar a construir uma narrativa coerente”, diz Miyazaki. “Este estudo dá-nos um pouco mais de segurança sobre como a Terra evoluiu e por que é tão especial.”

A investigação foi publicada na revista científica Nature Geoscience.