À medida que placas da crosta terrestre descem para o manto, eles encontram uma zona de cerca de 1, 100 quilômetros abaixo, onde a rocha do manto se torna abruptamente mais rígida, fluindo com menos facilidade. De forma similar, plumas ascendentes de rocha derretida encontram a mesma camada e têm dificuldade de perfurar a partir de baixo. Crédito:Dan Shim
Por décadas, pesquisadores estudaram o interior da Terra usando ondas sísmicas de terremotos. Agora, um estudo recente, liderado pelo Professor Dan Shim da Escola de Exploração Terrestre e Espacial da Arizona State University, recriou em laboratório as condições encontradas nas profundezas da Terra, e usou isso para descobrir uma propriedade importante do mineral dominante no manto da Terra, uma região situada muito abaixo de nossos pés.
Shim e sua equipe de pesquisa combinaram técnicas de raios-X na instalação de radiação síncrotron no Laboratório Nacional do Departamento de Energia dos EUA e microscopia eletrônica de resolução atômica na ASU para determinar o que causa padrões de fluxo incomuns em rochas que se encontram a 600 milhas e mais profundas na Terra. Seus resultados foram publicados no Proceedings of the National Academy of Sciences .
Fluxo lento, bem fundo
O planeta Terra é feito de camadas. Isso inclui a crosta na superfície, o manto e o núcleo. O calor do núcleo impulsiona um movimento lento de agitação das rochas de silicato sólidas do manto, como fudge fervendo lentamente no fogão. Este movimento da correia transportadora faz com que as placas tectônicas da crosta na superfície se chocem umas contra as outras, um processo que continuou por pelo menos metade dos 4,5 bilhões de anos de história da Terra.
A equipe de Shim se concentrou em uma parte intrigante deste ciclo:por que o padrão de agitação diminui abruptamente em profundidades de cerca de 600 a 900 milhas abaixo da superfície?
"Estudos geofísicos recentes sugeriram que o padrão muda porque as rochas do manto fluem com menos facilidade nessa profundidade, "Disse Shim." Mas por quê? A composição da rocha muda aí? Ou as rochas de repente se tornam mais viscosas nessa profundidade e pressão? Ninguém sabe."
Para investigar a questão no laboratório, A equipe de Shim estudou bridgmanite, um mineral contendo ferro que trabalhos anteriores mostraram ser o componente dominante no manto.
Para sujeitar a amostra de bridgmanita a altas pressões, é segurado entre duas bigornas feitas de diamante de qualidade gema. Crédito:Dan Shim
"Descobrimos que ocorrem mudanças na bridgmanita nas pressões esperadas para 1, 000 para 1, 500 km de profundidade, "Shim disse." Essas mudanças podem causar um aumento na viscosidade da bridgmanita - sua resistência ao fluxo.
A equipe sintetizou amostras de bridgmanita em laboratório e as submeteu às condições de alta pressão encontradas em diferentes profundidades do manto.
Chave mineral para o manto
Os experimentos mostraram à equipe que, acima de uma profundidade de 1, 000 quilômetros e abaixo de uma profundidade de 1, 700 km, a bridgmanita contém quantidades quase iguais de formas oxidadas e reduzidas de ferro. Mas às pressões encontradas entre essas duas profundidades, a bridgmanita sofre alterações químicas que acabam diminuindo significativamente a concentração de ferro que contém.
O processo começa com a expulsão do ferro oxidado da bridgmanita. O ferro oxidado então consome as pequenas quantidades de ferro metálico que estão espalhadas pelo manto como sementes de papoula em um bolo. Essa reação remove o ferro metálico e resulta na produção de ferro mais reduzido na camada crítica.
Para onde vai o ferro reduzido? A resposta, disse a equipe de Shim, é que vai para outro mineral presente no manto, ferropericlase, que é quimicamente propenso a absorver ferro reduzido.
"Assim, a bridgmanita na camada profunda acaba com menos ferro, "explicou Shim, observando que essa é a chave do porquê dessa camada se comportar dessa maneira.
“Como perde ferro, bridgmanite torna-se mais viscosa, "Shim disse." Isso pode explicar as observações sísmicas do fluxo lento do manto naquela profundidade. "
