Modelos sugerem vazamento do núcleo da Terra como origem das LLSVPs e ULVZs

Um dos enigmas mais estranhos do nosso planeta é a existência de dois “blocos” gigantes e densos, concentrados de forma inexplicável logo acima do núcleo da Terra.

Modelagens recentes podem ajudar a explicar de onde eles vieram - e a resposta não corresponde a nenhuma das histórias de origem mais esperadas. Em vez disso, parte do material pode ter “vazado” de um núcleo ainda jovem, quando a Terra acabara de se formar há eras, misturando-se ao manto e dando origem às chamadas províncias de grande baixa velocidade de cisalhamento (LLSVPs) que observamos hoje.

"Essas 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 elas existem, podemos entender como nosso planeta se formou e por que ele se tornou habitável."

O enigma das LLSVPs no manto inferior

As duas LLSVPs foram identificadas na década de 1980, a partir de dados sísmicos obtidos com terremotos. As medições indicaram duas regiões enormes no manto mais profundo: uma sob a África e outra sob o Oceano Pacífico. Essas estruturas se estendem para cima a partir do limite núcleo-manto, situado a cerca de 2.900 quilômetros abaixo da superfície.

Ao atravessar essas áreas, as ondas sísmicas se propagam de modo nitidamente mais lento, o que sugere que o material ali tem composição diferente da vizinhança.

Esses “blobs” não são apenas uma curiosidade. Em especial, o bloco africano já foi associado a um enfraquecimento do campo magnético terrestre sobre o Oceano Atlântico. Além disso, alguns pesquisadores suspeitam que essas estruturas tenham participado do processo de formação das placas tectônicas.

O que, afinal, elas são - e de que maneira chegaram ali - pode estar ligado ao modo como o planeta evoluiu e ao seu comportamento atual; cada cenário possível implica uma história diferente para essa evolução e para essa dinâmica.

Hipóteses anteriores e o papel das ULVZs

Ao longo do tempo, cientistas sugeriram explicações variadas: restos de antigas placas tectônicas subduzidas, a solidificação de um oceano de magma, ou até fragmentos de um grande corpo chamado Theia, que teria colidido com a Terra e originado a Lua.

Um estudo recente apontou que esses blocos seriam muito antigos e estáveis - algo compatível com a teoria do oceano de magma.

Por essa ideia, logo após a formação, a Terra era uma esfera derretida e “mole”, recoberta por um oceano de magma. À medida que esse oceano foi arrefecendo, ocorreu diferenciação: os componentes mais pesados se separaram e afundaram.

O modelo também encontra apoio na existência de outro tipo de estrutura: faixas finas no limite entre o núcleo e o manto, conhecidas como zonas de velocidade ultrabaixa (ULVZs). Elas se alinham às bordas das LLSVPs e, nelas, as ondas sísmicas podem viajar até uma ordem de grandeza mais devagar do que nas próprias províncias de grande baixa velocidade de cisalhamento.

No entanto, para o oceano de magma explicar tudo sozinho, a Terra precisaria ter camadas bem definidas, como um bolo: uma camada acima do limite núcleo-manto com uma quantidade considerável de ferropericlásio. Só que os dados sísmicos sugerem um teor muito menor desse mineral, e a própria existência - além do empilhamento desorganizado - das LLSVPs e ULVZs entra em choque com essa versão “arrumada” do modelo.

"Essa contradição foi o ponto de partida", explica Miyazaki. "Se partimos do oceano de magma e fazemos as contas, não chegamos ao que vemos no manto da Terra hoje. Faltava alguma coisa."

Novos modelos: vazamento do núcleo e mudança na química do magma

Para descobrir o que estava faltando, a equipa recorreu a simulações: combinaram os ingredientes básicos da Terra e reproduziram o arrefecimento do planeta em dois cenários - com e sem vazamento de material do núcleo. Foi aí que apareceu o “ingrediente secreto”.

Os elementos não arrefecem nem cristalizam todos à mesma velocidade. De acordo com os modelos, conforme o núcleo esfria e encolhe sob pressão, componentes mais leves - como óxido de magnésio e dióxido de silício - cristalizam mais facilmente do que o ferro presente na mistura. Esses cristais tendem a subir e acabam sendo expulsos através do limite núcleo-manto para o oceano de magma, onde se dissolvem.

A partir daí, esse material adicional altera a química do magma de uma forma que favorece a formação de bridgmanita e seifertita ricas em silicatos. Assim, elas passam a dominar a camada inferior, enquanto os níveis de ferropericlásio permanecem baixos.

Mesmo a grandes profundidades - onde temperaturas e pressões chegam a extremos - essas estruturas podem persistir ao longo dos 4,5 bilhões de anos de vida da Terra. Com o tempo, a convecção vai varrendo e juntando esse material, formando as pilhas que os cientistas hoje distinguem nos dados sísmicos.

Isso é, de certa forma, impressionante e volta a colocar o oceano de magma como uma explicação plausível para esses grandes e densos “pedaços” enterrados bem abaixo da superfície.

E, se LLSVPs e ULVZs de facto influenciaram a formação das placas tectônicas - tão importantes para a habitabilidade do planeta -, essa história pode também indicar por que outros mundos seguiram caminhos evolutivos diferentes.

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

A pesquisa foi publicada na revista Nature Geociência.