A Terra de hoje é um planeta dinâmico com uma camada externa composta de placas gigantes que se aglomeram, deslizando ou mergulhando um no outro, dando origem a terremotos e vulcões. Outros se separam em cumes de montanhas submarinas, onde a rocha derretida se espalha a partir dos centros das principais bacias oceânicas.

Mas uma nova pesquisa sugere que nem sempre foi esse o caso. Em vez de, logo depois que a Terra se formou e começou a esfriar, a primeira camada externa do planeta era uma única, casca sólida mas deformável. Mais tarde, esta casca começou a dobrar e rachar mais amplamente, dando origem às placas tectônicas modernas.

A pesquisa, descrito em um artigo publicado em 27 de fevereiro, 2017 no jornal Natureza , é a última salva em um debate de longa data na comunidade de pesquisa geológica:as placas tectônicas começaram imediatamente - uma teoria conhecida como uniformitarismo - ou a Terra primeiro passou por uma longa fase com uma casca sólida cobrindo todo o planeta? Os novos resultados sugerem que o modelo de casca sólida é o mais próximo do que realmente aconteceu.

"Modelos de como a primeira crosta continental se formou geralmente se enquadram em dois grupos:aqueles que invocam placas tectônicas de estilo moderno e aqueles que não, "disse Michael Brown, professor de geologia da Universidade de Maryland e co-autor do estudo. "Nossa pesquisa apóia o último - uma 'tampa estagnada' formando a camada externa do planeta no início da história da Terra."

Para chegar a essas conclusões, Brown e seus colegas da Curtin University e do Geological Survey of Western Australia estudaram rochas coletadas no Terrano Leste de Pilbara, uma grande área de crosta granítica antiga localizada no estado da Austrália Ocidental. As rochas aqui estão entre as mais antigas conhecidas, variando de 3,5 a cerca de 2,5 bilhões de anos de idade. (A Terra tem aproximadamente 4,5 bilhões de anos.) Os pesquisadores selecionaram especificamente granitos com uma composição química geralmente associada a arcos vulcânicos - um sinal revelador da atividade das placas tectônicas.

Brown e seus colegas também analisaram rochas basálticas da formação Coucal associada. Basalto é a rocha produzida quando os vulcões entram em erupção, mas também forma o fundo do oceano, quando o basalto derretido irrompe em cristas que se espalham no centro das bacias oceânicas. Na tectônica de placas moderna, quando o basalto do fundo do oceano atinge os continentes, ele mergulha - ou subduz - abaixo da superfície da Terra, onde ele gera fluidos que permitem que o manto sobrejacente derreta e, eventualmente, crie grandes massas de granito abaixo da superfície.

Pesquisas anteriores sugeriram que os basaltos de Coucal poderiam ser as rochas geradoras dos granitos no Terrano Pilbara, devido às semelhanças em sua composição química. Brown e seus colaboradores começaram a verificar isso, mas também para testar outra suposição de longa data:poderiam os basaltos de Coucal ter derretido para formar o granito de alguma outra forma que não a subducção do basalto sob a superfície da Terra? Se então, talvez as placas tectônicas ainda não estivessem acontecendo quando os granitos de Pilbara se formaram.

Para resolver esta questão, os pesquisadores realizaram cálculos termodinâmicos para determinar o equilíbrio de fase do basalto Coucal médio. Equilíbrios de fase são descrições precisas de como uma substância se comporta sob várias condições de temperatura e pressão, incluindo a temperatura na qual o derretimento começa, a quantidade de fusão produzida e sua composição química.

Por exemplo, um dos diagramas de equilíbrio de fase mais simples descreve o comportamento da água:em baixas temperaturas e / ou altas pressões, água forma gelo sólido, enquanto em altas temperaturas e / ou baixas pressões, a água forma vapor gasoso. O equilíbrio de fase fica um pouco mais envolvido com as rochas, que têm composições químicas complexas que podem assumir combinações de minerais e características físicas muito diferentes com base na temperatura e pressão.

"Se você tirar uma pedra da prateleira e derreter, você pode obter um diagrama de fase. Mas você está preso a uma composição química fixa, "Disse Brown." Com a modelagem termodinâmica, você pode mudar a composição, pressão e temperatura independentemente. É muito mais flexível e nos ajuda a responder a algumas perguntas que não podemos responder com experimentos nas rochas. "

Usando os basaltos Coucal e granitos Pilbara como ponto de partida, Brown e seus colegas construíram uma série de experimentos de modelagem para refletir o que poderia ter acontecido em uma Terra antiga sem placas tectônicas. Seus resultados sugerem que, na verdade, os granitos de Pilbara podem ter se formado a partir dos basaltos de Coucal.

Mais ao ponto, esta transformação poderia ter ocorrido em um cenário de pressão e temperatura consistente com uma "tampa estagnada, "ou uma única concha cobrindo todo o planeta.

A tectônica de placas afeta substancialmente a temperatura e a pressão das rochas no interior da Terra. Quando uma placa de rocha subduz sob a superfície da Terra, a rocha começa relativamente fria e leva tempo para ganhar calor. Quando atinge uma temperatura mais elevada, a rocha também atingiu uma profundidade significativa, o que corresponde a alta pressão - da mesma forma que um mergulhador experimenta maior pressão em maior profundidade de água.

Em contraste, um regime de "tampa estagnada" seria muito quente em profundidades relativamente rasas e baixas pressões. Os geólogos se referem a isso como um "alto gradiente térmico".

"Nossos resultados sugerem que os granitos Pilbara foram produzidos pela fusão dos basaltos Coucal ou materiais semelhantes em um ambiente de alto gradiente térmico, "Brown disse." Além disso, a composição dos basaltos de Coucal indica que eles, também, veio de uma geração anterior de rochas geradoras. Concluímos que um processo de vários estágios produziu os primeiros continentes da Terra em um cenário de 'tampa estagnada' antes do início das placas tectônicas. "

"Os primeiros continentes estáveis ​​da Terra não se formaram por subducção, "Tim Johnson, Michael Brown, Nicholas Gardiner, Christopher Kirkland e Hugh Smithies, foi publicado em 27 de fevereiro, 2017 no jornal Natureza .