Uma equipe liderada por geocientistas da Universidade do Estado do Arizona e da Universidade do Estado de Michigan usou modelagem por computador para explicar como bolsões de rocha mole se acumulam na fronteira entre o núcleo da Terra e o manto.

Esses bolsos, mentindo aproximadamente 2, 900 quilômetros (1, 800 milhas) abaixo da superfície, são conhecidos há muitos anos, mas anteriormente faltava uma explicação de como eles se formaram.

Os corpos rochosos relativamente pequenos são chamados de "zonas de velocidade ultrabaixa" porque as ondas sísmicas diminuem bastante à medida que passam por eles. Os geocientistas pensaram que as zonas são parcialmente fundidas, ainda assim, os bolsões são intrigantes porque muitos são observados em regiões mais frias do manto profundo.

"Essas pequenas regiões foram consideradas uma versão parcialmente fundida da rocha que as cerca, "diz Mingming Li, autor principal do estudo, que foi publicado em 2 de agosto, 2017, no jornal Nature Communications . "Mas sua distribuição global e grandes variações de densidade, forma, e o tamanho sugere que eles têm uma composição diferente do manto. "

Li ingressou na Escola de Exploração Terrestre e Espacial da ASU (SESE) neste mês como professor assistente. Ele era um aluno de graduação do ex-professor associado da SESE Allen McNamara, também co-autor do artigo; McNamara está agora no Departamento de Ciências da Terra e Ambientais do Estado de Michigan. Os co-autores adicionais são o professor da SESE Edward Garnero e seu aluno de doutorado Shule Yu.

"Não sabemos o que são as zonas de velocidade ultrabaixa, "diz McNamara." Ou são gostosos, porções parcialmente fundidas do manto normal, ou são algo totalmente diferente, alguma outra composição. "

Como a evidência sísmica permite ambas as possibilidades, ele diz, "Decidimos modelar a convecção do manto por computador para investigar se suas formas e posições podem responder à pergunta."

Os bolsos estão relacionados a bolhas?

Há cerca de um ano, Garnero, McNamara, e o professor associado da SESE, Dan Shim, relatou que duas estruturas gigantescas de rocha nas profundezas da Terra são provavelmente feitas de algo diferente do resto do manto. Eles chamaram as grandes estruturas de "pilhas termoquímicas, "ou mais simplesmente, bolhas.

"Embora a origem e a composição dessas bolhas sejam desconhecidas, "Garnero disse na época, "suspeitamos que eles tenham pistas importantes sobre como a Terra foi formada e como funciona hoje."

De que são feitas as grandes bolhas e como se formaram ainda é desconhecido, diz Garnero. "Mas a nova modelagem por computador explica como essas zonas de velocidade ultrabaixa estão associadas a bolhas muito maiores."

Li diz, "As zonas de velocidade ultrabaixa têm geralmente cerca de dezenas de quilômetros de altura, e centenas de quilômetros de largura ou menos. Eles estão localizados principalmente perto das bordas das bolhas muito maiores, mas alguns deles são detectados dentro das bolhas e bem longe delas. "

O resultado da modelagem por computador mostrou que a maioria dessas zonas de velocidade ultrabaixa são diferentes em composição do manto circundante, Li diz. O que mais, a modelagem mostrou que bolsões de rocha com diferentes composições migrarão de qualquer lugar na fronteira núcleo-manto em direção às margens das grandes bolhas.

"As margens das pilhas termoquímicas são para onde convergem os padrões de fluxo do manto, "McNamara diz, "e, portanto, essas áreas fornecem um 'depósito de coleta' para tipos mais densos de rocha."

Recolhido pelo calor

A força que impulsiona este movimento é o calor, que alimenta a convecção no manto.

O manto da Terra é feito de rocha quente, mas se comporta mais como calda fervendo lentamente no fogão. No manto, o calor vem tanto da radioatividade dentro da rocha do manto quanto do núcleo do planeta, cujo centro é quase tão quente quanto a superfície do sol. A rocha do manto responde a esse calor com um movimento lento de agitação - convecção.

"Os detalhes não são totalmente claros, "diz Li. Mas a modelagem mostra que rochas de composição diferente respondem à convecção de uma forma que reúne materiais de composição semelhante. Isso move os pequenos bolsões de rochas quimicamente distintas para as bordas das bolhas mais quentes acima do limite núcleo-manto.

"Executamos modelagem de computador 3D de alta resolução e desenvolvemos um método para rastrear o movimento de ambos os pequenos bolsões de zonas de velocidade ultrabaixa e as pilhas termoquímicas muito maiores." Li explica, "Isso nos permitiu estudar como os pequenos bolsões se movem e como sua localização pode estar relacionada à sua origem."

McNamara diz, "O que havia de novo em nossa abordagem - e também desafiador computacionalmente - era que a modelagem levou em consideração escalas de movimento muito diferentes." Estes variaram de padrões de convecção em escala global do manto, às grandes pilhas termoquímicas no manto inferior, e até os bolsões de escala muito pequena da zona de velocidade ultrabaixa na parte inferior.

"O que finalmente encontramos, " ele diz, "é que, se as zonas de velocidade ultrabaixa são causadas pelo derretimento do manto normal, eles devem estar localizados bem dentro das pilhas termoquímicas, onde as temperaturas do manto são mais altas. "

Mas ele acrescenta, "Se os bolsões de rocha de velocidade ultrabaixa têm uma composição diferente da rocha do manto comum, então a convecção do manto os levaria continuamente para as bordas das pilhas onde se acumulam.

"Isso é consistente com o que vemos nas observações sísmicas."

Rochas mergulhando fundo?

De onde vêm os diferentes materiais do manto profundo?

"Existem várias possibilidades, "Garnero diz." Algum material pode estar associado à antiga crosta oceânica basáltica que foi subdividida profundamente. Ou pode estar associado a reações químicas entre o fluido rico em ferro do núcleo externo e o manto de silicato cristalino. "

Garnero diz que a origem original da rocha nas zonas de velocidade ultrabaixa ainda não foi resolvida. Mas o processo de coleta desse material em pequenos bolsões de rocha é claro.

"Você pode ter vários mecanismos, como placas tectônicas, que empurram rochas de diferentes químicas para o manto mais profundo em qualquer lugar da Terra, " ele diz.

"Mas, uma vez que essas diferentes rochas se aprofundaram, a convecção vence e os leva para as regiões quentes, nomeadamente, onde residem as pilhas termoquímicas de tamanho continental. "