Explicando mistérios de longa data sobre a formação e evolução da Terra

Os cientistas determinaram que o antigo manto de plumas da Terra (a parte profunda) tinha uma concentração de água que era um fator de 4 a 250 vezes menor quando comparado com a concentração de água do manto superior. O contraste de viscosidade resultante poderia ter impedido a mistura dentro do manto, o que ajudaria a explicar certos mistérios de longa data sobre a formação e evolução da Terra.

Novo modelo mostra que o manto profundo da Terra estava mais seco desde o início

O manto da Terra é a espessa camada de rocha de silicato entre a crosta terrestre e seu núcleo derretido. Compõe cerca de 84% do volume do nosso planeta. Embora o manto seja predominantemente sólido, em escalas de tempo geológicas, ele se comporta como um fluido viscoso – tão difícil de mexer e misturar quanto um pote de caramelo.

No entanto, mantendo analogias com doces, talvez pense mais em bolas de malte e não em caramelos pegajosos. Um novo estudo sugere que a parte profunda do manto antigo mais próxima do núcleo da Terra começou substancialmente mais seca do que a parte do manto mais próxima da superfície do jovem planeta. Esta pesquisa foi conduzida por Rita Parai, professora assistente de ciências da terra e planetárias em Artes e Ciências da Universidade de Washington em St. Louis.

Ao analisar dados de isótopos de gases nobres, Paraí determinou que o antigo manto plumoso (a parte profunda) tinha uma concentração de água que era um fator de 4 a 250 vezes menor quando comparada com a concentração de água do manto superior.

Subsequentemente, o contraste de viscosidade resultante poderia ter impedido a mistura dentro do manto. Isso ajudaria a explicar certos mistérios de longa data sobre a formação e evolução da Terra. A pesquisa foi publicada na semana de 11 de julho no jornal Anais da Academia Nacional de Ciências (PNAS).

O brilho aéreo cobre o horizonte da Terra durante um pôr do sol orbital nesta fotografia da Estação Espacial Internacional, enquanto orbitava 262 milhas acima do Oceano Pacífico, a sudoeste da Califórnia. Crédito: NASA

“Um contraste de viscosidade primordial pode explicar por que os impactos gigantes que desencadearam oceanos de magma de todo o manto não homogeneizaram o planeta em crescimento”, disse Parai, que é membro do corpo docente do Centro McDonnell de Ciências Espaciais da universidade. “Isso também poderia explicar por que o manto de pluma sofreu menos processamento por derretimento parcial ao longo da história da Terra.”

A investigação de Parai desafia uma suposição que já foi amplamente aceita em seu campo: que o manto da Terra era uniforme desde o início. Quando o sistema solar se estabeleceu em seu layout atual, cerca de 4,5 bilhões de anos atrás, a Terra se formou quando a gravidade puxou gás e poeira em turbilhão para se tornar o terceiro planeta do sol. Voláteis como água, carbono, nitrogênio e gases nobres foram entregues à Terra à medida que se formavam, mas o estudo de Parai sugere que o material que se acumulou anteriormente era um tipo de rocha mais seco do que o que se acumulou mais tarde.

Ela descobriu que os isótopos de hélio, neônio e xenônio (Xe) do manto exigem que o manto da pluma tenha baixas concentrações de voláteis como Xe e água no final desse período de acreção, em comparação com o manto superior. O manto superior pode ter se beneficiado de uma maior contribuição de massa de materiais ricos em voláteis semelhantes a uma classe de meteoritos chamados condritos carbonáceos.

Parai tem uma abordagem multifacetada para descobrir a história de vida de um planeta. Este estudo no PNAS apresenta um modelo que ela desenvolveu, mas Parai também faz seu próprio trabalho experimental com amostras de rochas em seu laboratório de geoquímica de isótopos de alta temperatura na Universidade de Washington. Ela estuda isótopos de gases nobres — especialmente os de Xe — em rochas vulcânicas para entender a evolução da composição do manto da Terra e em rochas terrestres na superfície da Terra para ver a evolução da atmosfera.

“No meu laboratório”, disse Parai, “colhemos amostras de rochas naturais – principalmente rochas vulcânicas modernas, mas também algumas rochas antigas – e tentamos entender coisas diferentes sobre a história da Terra. Especificamente, queremos saber como a Terra conseguiu sua atmosfera, seus oceanos e outras características relacionadas à habitabilidade.”

Referência: “Um manto de pluma antigo seco de isótopos de gás nobre” por Rita Parai, 14 de julho de 2022, Anais da Academia Nacional de Ciências.
DOI: 10.1073/pnas.2201815119

Financiamento: DOE/Departamento de Energia dos EUA