Vivemos na Terra por isto? Cientistas descobrem estruturas ocultas nas profundezas do planeta.

Há milhares de milhões de anos, o interior da Terra não se comportava em nada como se comporta hoje.

Novas pistas vindas de 3.000 quilómetros de profundidade estão a reescrever essa história.

Investigação recente debaixo dos nossos pés sugere que estranhas estruturas rochosas, enterradas na fronteira entre o núcleo e o manto da Terra, poderão ter ajudado a empurrar o nosso planeta para a habitabilidade, enquanto os seus vizinhos permaneceram hostis e estéreis.

Estruturas ocultas na fronteira do núcleo da Terra

Durante décadas, os estudantes de geologia aprenderam um diagrama simples da Terra: um núcleo interno sólido, um núcleo externo líquido e, por cima, um manto inferior e um manto superior empilhados. A realidade, afinal, é muito mais confusa. Uma equipa liderada pelo geodinamicista Yoshinori Miyazaki, da Universidade Rutgers, reuniu agora uma nova explicação para estruturas intrigantes observadas na base do manto.

Estas estruturas situam-se a cerca de 3.000 quilómetros abaixo da superfície, exatamente onde o núcleo metálico encontra o manto rochoso. As ondas sísmicas de sismos - que atravessam o planeta como um ultrassom médico atravessa o corpo - sugeriam que algo invulgar se escondia ali.

Em vez de conchas limpas e em camadas, o manto profundo comporta-se como um patchwork de regiões densas e quentes que mal deixam as ondas sísmicas avançar.

Os geofísicos descrevem dois tipos principais de anomalias nesta zona misteriosa:

• Províncias de grande escala de baixa velocidade de cisalhamento (LLSVPs): colossais acumulações de rocha invulgarmente densa e quente, cada uma com aproximadamente o tamanho de um continente.
• Zonas de velocidade ultrabaixa (ULVZs): manchas mais finas que abrandam drasticamente as ondas sísmicas, quase como poças de material viscoso e parcialmente fundido.

Uma destas províncias gigantes esconde-se sob África; a outra, sob o Oceano Pacífico. Perto das suas margens e bases, as zonas ultralentas aderem ao núcleo como poças de material fundido.

Os dados sísmicos mostram que as ondas de sismo que atravessam estas regiões desaceleram mais do que o esperado. Esse abrandamento indica aos investigadores que a rocha ali tem uma composição diferente da do manto “normal” acima.

Os investigadores veem agora estas estruturas profundas como possíveis “fósseis” dos primeiros dias da Terra, preservando química de um antigo oceano de magma.

De um oceano de magma primordial ao caos em camadas

A história começa há mais de quatro mil milhões de anos, quando a Terra primitiva era tão quente que grande parte do seu interior formava um “oceano basal de magma” global, assentando sobre o núcleo. Os modelos convencionais diziam que esta camada gigantesca de magma deveria ter arrefecido em camadas suaves e bem definidas, com cada camada a formar-se a partir de cristais que se separavam de forma limpa à medida que o planeta perdia calor.

Mas quando os cientistas usaram esses modelos para simular como a Terra deveria ser hoje, os resultados chocaram com as observações sísmicas. O manto profundo não parecia ordenadamente estratificado; em vez disso, parecia irregular, fragmentado e quimicamente diverso.

A equipa de Miyazaki partiu dessa contradição. Se o oceano de magma por si só não conseguia produzir as estruturas que vemos hoje, então algo mais teria de ter remodelado o interior da Terra ao longo de milhares de milhões de anos.

Material do núcleo a infiltrar-se no manto

O novo estudo aponta para um processo lento, mas poderoso, na fronteira núcleo–manto. Ao longo de vastos períodos de tempo, elementos leves como o silício e o magnésio terão provavelmente migrado do núcleo para o manto mais profundo. Aí, reagiram com minerais existentes e alteraram a densidade e o comportamento de fusão da rocha.

O manto profundo poderá ser uma mistura de longa duração de material do antigo oceano de magma e ingredientes “vazados” do núcleo - agitado, mas não totalmente misturado.

Esta troca química gradual geraria manchas de rocha mais pesadas ou mais leves do que as que as rodeiam. Manchas pesadas tendem a afundar e a acumular-se junto ao núcleo; as mais leves sobem em plumas. No enquadramento de Miyazaki, as LLSVPs seriam acumulações densas deste material misto, enquanto as ULVZs poderiam marcar locais onde a fusão parcial se concentra perto do núcleo.

Estrutura profunda	Localização	Propriedade-chave	Possível origem
LLSVPs	Sob África e o Pacífico	Rocha quente e densa; ondas de cisalhamento lentas	Mistura de material do oceano de magma e material derivado do núcleo
ULVZs	No contacto núcleo–manto, em manchas	Ondas sísmicas extremamente lentas	Zonas parcialmente fundidas ou ricas em ferro

Ao combinar imagem sísmica, experiências de física mineral a pressões esmagadoras e modelos computacionais de grande escala, a equipa defende que estas estruturas são relíquias duradouras e não características transitórias. Poderão ter sobrevivido praticamente desde a solidificação mais precoce da Terra.

Terão estas acumulações profundas ajudado a vida a ganhar terreno?

A ligação à vida surge de uma ideia central: a habitabilidade depende fortemente de como um planeta arrefece e conveciona no seu interior. O campo magnético da Terra, a tectónica de placas e a estabilidade climática a longo prazo remontam, todos, ao fluxo de calor vindo do interior profundo.

As LLSVPs e as ULVZs alteram esse fluxo de calor. Províncias densas na base do manto podem canalizar plumas quentes para cima. Estas plumas podem alimentar pontos quentes vulcânicos à superfície e ajudar a impulsionar a tectónica de placas. Ao longo do tempo geológico, essa atividade recicla carbono, água e nutrientes entre o interior profundo e a atmosfera.

Sem estruturas no manto profundo a orientar o calor e as plumas, a superfície da Terra poderia ter permanecido estática, com menos oportunidades para construir um ambiente estável e favorável à vida.

A composição alterada destas regiões também afeta a eficiência com que o núcleo arrefece. O arrefecimento do núcleo externo líquido alimenta o geodínamo, o processo que gera o campo magnético terrestre. Esse escudo magnético desvia partículas carregadas do Sol, reduzindo a erosão atmosférica e protegendo moléculas orgânicas iniciais de radiação destrutiva.

Nesta perspetiva, a mesma química intrincada na fronteira núcleo–manto que criou assinaturas sísmicas estranhas poderá ter definido o ritmo de arrefecimento do núcleo e, indiretamente, a força e a longevidade do campo magnético. Um equilíbrio ligeiramente diferente de elementos ou densidades poderia ter levado a um campo mais fraco, ou a uma convecção do núcleo que se extinguisse cedo.

Porque é que Vénus e Marte são tão diferentes

Os resultados também alimentam um mistério mais amplo: porque é que os planetas rochosos vizinhos da Terra divergiram de forma tão dramática. Vénus tem uma pressão à superfície cerca de 100 vezes superior à da Terra, com uma atmosfera espessa e temperaturas extremas. Marte, pelo contrário, é pequeno, relativamente leve e geologicamente tranquilo, com um campo magnético residual fraco.

Os investigadores suspeitam que diferenças subtis na composição inicial e nas interações núcleo–manto podem ter empurrado cada planeta para um caminho distinto. Vénus poderá nunca ter desenvolvido o mesmo tipo de tectónica de placas, e o seu interior profundo pode não ter províncias semelhantes às da Terra que orientem plumas do manto. Marte, por ser menor, arrefeceu mais depressa; o seu núcleo terá provavelmente solidificado mais cedo, desligando o seu campo magnético global.

Ao compreender as estruturas profundas da Terra, os cientistas ganham um referencial para avaliar até que ponto a “arquitetura” interna molda o destino de um planeta rochoso.

Trabalho futuro pretende unir mais estreitamente três pilares de evidência:

• Dados sísmicos de redes densas de instrumentos e sismos à escala planetária.
• Física mineral com experiências que comprimem rochas até pressões de fronteira núcleo–manto em laboratório.
• Simulações geodinâmicas que testam como diferentes químicas e fluxos de calor evoluem ao longo de milhares de milhões de anos.

O que se segue: simulações, prensas de laboratório e futuros sismos

O novo enquadramento ainda precisa de ser posto à prova. Grandes simulações em supercomputadores vão tentar reproduzir as formas e posições exatas das LLSVPs e ULVZs conhecidas com base em condições realistas da Terra primitiva. Se essas simulações coincidirem com os mapas sísmicos modernos, a confiança no modelo crescerá significativamente.

Ao mesmo tempo, experiências de alta pressão com células de bigorna de diamante aquecidas a laser vão investigar como misturas de ferro, silício e magnésio se comportam a temperaturas acima dos 3.000 graus Celsius. Pequenas mudanças no ponto de fusão ou na densidade podem decidir se o material afunda para a região do núcleo ou permanece no manto.

Os sismólogos também dependem de eventos “felizes”, como sismos muito profundos ou muito fortes, para refinar a imagem da fronteira núcleo–manto. Cada grande sismo envia um padrão de ondas ligeiramente diferente através do planeta. Com o tempo, esse mosaico constrói uma imagem tomográfica 3D do interior profundo, semelhante a uma TAC em medicina.

Para além da Terra: o que estas estruturas significam para a habitabilidade noutros mundos

Estas conclusões têm peso para a investigação de exoplanetas. Os telescópios já detetam mundos rochosos com massas várias vezes superiores à da Terra. Alguns orbitam em zonas onde as temperaturas à superfície poderiam permitir água líquida. Mas se um planeta consegue manter uma atmosfera, ciclar nutrientes e sustentar um campo magnético pode depender de processos profundos que não conseguimos observar diretamente.

Se estruturas complexas na fronteira núcleo–manto ajudam a estabilizar condições para a vida, então planetas que não tenham tais estruturas poderão permanecer estéreis apesar de estarem à distância certa da sua estrela. Pelo contrário, uma super-Terra com um motor térmico interno forte e química rica entre núcleo e manto pode manter condições habitáveis durante muito mais tempo do que o nosso próprio planeta.

À medida que os modelos do interior terrestre se tornam mais precisos, os investigadores podem ajustar as suas expectativas para planetas distantes. Podem estimar como a massa planetária, a composição global e a história de formação influenciam a probabilidade de campos magnéticos duradouros e tectónica ativa. São fatores subtis, mas podem separar mundos verdadeiramente favoráveis à vida daqueles que apenas parecem promissores à primeira vista.

Por agora, os dois continentes enterrados de rocha densa sob África e o Pacífico lembram-nos que as partes mais profundas da Terra ainda escondem surpresas. O que acontece lá, na margem do núcleo, poderá ter feito mais para moldar as hipóteses da vida do que tudo o que é visível à superfície.