Modelos novos apontam vazamento do núcleo da Terra como origem das LLSVPs

Um dos enigmas mais intrigantes do nosso planeta é a existência de dois blocos gigantescos e muito densos, concentrados sem explicação aparente logo acima do núcleo da Terra.

Modelos novos sugerem uma origem diferente das hipóteses mais citadas: parte do material pode ter “vazado” de um núcleo ainda jovem, nos primórdios da formação do planeta, e se misturado ao manto. Com o tempo, isso teria dado origem às chamadas províncias de grande baixa velocidade de ondas de cisalhamento (LLSVPs) observadas hoje.

"Não são esquisitices aleatórias", afirma o geodinamicista Yoshinori Miyazaki, da Universidade Rutgers. "Elas são impressões digitais da história mais antiga da Terra. Se conseguirmos entender por que existem, podemos compreender como o planeta se formou e por que se tornou habitável."

Onde ficam as LLSVPs e o que os sismos revelam

As duas LLSVPs foram identificadas na década de 1980, a partir de dados sísmicos recolhidos em terramotos. As medições indicaram duas regiões enormes na parte mais profunda do manto: uma sob a África e outra sob o oceano Pacífico. Essas estruturas sobem a partir da fronteira núcleo-manto, situada a cerca de 2.900 quilômetros abaixo da superfície.

Ao atravessar essas áreas, as ondas sísmicas propagam-se de forma nitidamente mais lenta, o que aponta para uma composição diferente em relação ao material ao redor.

Ao longo dos anos, cientistas apresentaram explicações variadas para essas “bolhas” densas, incluindo restos de placas tectónicas antigas já subductadas, o resfriamento de um oceano de magma primordial, ou mesmo fragmentos de um grande corpo chamado Theia, que teria colidido com a Terra e contribuído para a formação da Lua.

Essas massas não são apenas uma curiosidade académica. A estrutura sob a África, em especial, já foi associada a um enfraquecimento do campo magnético terrestre sobre o oceano Atlântico. Há ainda quem proponha que as duas LLSVPs tenham influenciado a formação das placas tectónicas.

Por isso, definir o que elas são e como chegaram ali pode estar ligado diretamente à forma como a Terra se desenvolveu e ao modo como se comporta hoje - e cada hipótese implica consequências diferentes para a evolução e o funcionamento do planeta.

Ideias anteriores e o “ponto de atrito” com o oceano de magma

Um estudo recente concluiu que essas estruturas são muito antigas e estáveis, o que combina bem com a teoria do oceano de magma.

Nessa proposta, logo após se formar, a Terra teria sido uma esfera quente, fundida e maleável, coberta por um oceano de magma. À medida que esse oceano arrefecia, ocorria a diferenciação: os materiais mais pesados separavam-se e afundavam.

Essa leitura também encontra suporte noutro tipo de feição: manchas finas na fronteira entre o núcleo e o manto, conhecidas como zonas de velocidade ultrabaixa (ULVZs). Elas coincidem com as bordas das LLSVPs e, nelas, as ondas sísmicas podem viajar até uma ordem de grandeza mais lentamente do que nas próprias províncias de grande baixa velocidade.

No entanto, para a teoria do oceano de magma funcionar como uma explicação completa, a Terra precisaria ter camadas bem definidas, “arrumadas” como um bolo - com uma camada acima da fronteira núcleo-manto contendo uma quantidade relevante de ferropericlásio. Só que os dados sísmicos sugerem um teor bem menor de ferropericlásio. Além disso, o simples facto de existirem LLSVPs e ULVZs empilhadas de forma irregular entra em choque com esse cenário em camadas limpas.

"Essa contradição foi o ponto de partida", explica Miyazaki. "Se começarmos pelo oceano de magma e fizermos os cálculos, não chegamos ao que vemos hoje no manto da Terra. Faltava alguma coisa."

O modelo do “vazamento” do núcleo e a mistura que faltava

Para descobrir o que faltava, os investigadores fizeram simulações com os “ingredientes” básicos do planeta e modelaram o arrefecimento em dois cenários: com e sem a possibilidade de material escapar do núcleo.

O detalhe decisivo é que nem todos os componentes arrefecem e cristalizam à mesma velocidade. Nos modelos, à medida que o núcleo arrefece e se contrai sob pressão, componentes mais leves - como óxido de magnésio e dióxido de silício - cristalizam com mais facilidade do que o ferro presente na mistura. Por serem menos densos, esses cristais tendem a subir e acabam espremidos para fora, atravessando a fronteira núcleo-manto e chegando ao oceano de magma, onde se dissolvem.

A partir daí, esse acréscimo altera a química do magma de forma a favorecer a formação de bridgmanita e seifertita ricas em silicatos. Assim, esses minerais passam a dominar a camada inferior, enquanto os níveis de ferropericlásio permanecem baixos.

Mesmo nas profundezas do planeta, onde temperatura e pressão atingem extremos, as simulações indicam que essas estruturas podem sobreviver ao longo dos 4,5 bilhões de anos de existência da Terra. Com o passar do tempo, a convecção no manto vai juntando gradualmente esse material em pilhas - estruturas que hoje são identificadas nos registos sísmicos.

O resultado é surpreendente e recoloca o oceano de magma como uma explicação plausível para esses grandes blocos densos enterrados muito abaixo da superfície terrestre.

E, se LLSVPs e ULVZs tiverem mesmo participado do processo que levou à formação de placas tectónicas - tão importante para a habitabilidade do planeta - isso também pode ajudar a entender por que outros mundos seguiram caminhos evolutivos diferentes.

"Mesmo com pouquíssimas pistas, estamos a começar a construir uma história que faz sentido", diz Miyazaki. "Este estudo dá um pouco mais de certeza sobre como a Terra evoluiu e por que é tão especial."

A pesquisa foi publicada na revista Nature Geociência.