Uma nova pesquisa feita por geoquímicos da Brown University fornece novos insights sobre a escala em que o manto da Terra varia em sua composição química. As descobertas podem ajudar os cientistas a entender melhor o processo de mistura da convecção do manto, a lenta agitação que impulsiona o movimento das placas tectônicas da Terra.

“Sabemos que o manto é heterogêneo em composição, mas tem sido difícil descobrir o quão grandes ou pequenas essas heterogeneidades podem ser, "disse Boda Liu, um Ph.D. estudante de geologia na Brown. "O que mostramos aqui é que deve haver heterogeneidades de pelo menos um quilômetro de tamanho para produzir a assinatura química que observamos em rochas derivadas de materiais do manto."

A pesquisa, que Liu foi coautor com Yan Liang, um professor do Departamento de Ciências Ambientais e Planetárias de Brown, é publicado em Avanços da Ciência .

A crosta terrestre está em uma correia transportadora em constante movimento, conduzida pelo manto de convecção. Nas dorsais meso-oceânicas, os limites no fundo do oceano, onde as placas tectônicas estão se afastando umas das outras, a nova crosta é criada pela erupção de magmas formados pela subida dos materiais do manto das profundezas. Nas zonas de subducção, onde uma placa tectônica desliza sob a outra, material de crosta velha, desgastado por processos na superfície, é empurrado de volta para o manto. Esta reciclagem pode criar materiais de manto de composições diferentes ou "enriquecidas", que os geoquímicos chamam de "heterogeneidades". O que acontece com esse material enriquecido depois de reciclado não é totalmente compreendido.

"Esta é uma das grandes questões nas ciências da Terra, "Disse Liang." Até que ponto a convecção do manto mistura e homogeneíza essas heterogeneidades? Ou como essas heterogeneidades podem ser preservadas? "

Os cientistas aprendem sobre a composição do manto estudando basaltos da dorsal meso-oceânica (MORBs), rochas formadas pela solidificação de magmas irromperam no fundo do mar. Como impressões digitais, As composições de isótopos de MORBs podem ser usadas para rastrear a fonte do manto da qual foram derivados.

Outro tipo de rocha do fundo do mar, denominado peridotitos abissais, é o manto remanescente após a formação dos MORBs. Estes são pedaços de rocha do manto que antes eram o manto superior e mais tarde erguidos para o fundo do mar. Os peridotitos abissais têm uma composição isotópica diferente dos MORBs que parecem vir da mesma região do manto. Para explicar essa diferença nas composições de isótopos, os cientistas concluíram que os MORBs estão capturando o sinal do isótopo de bolsas de material enriquecido - os restos da crosta subduzida preservada no manto.

A questão que este novo estudo buscou responder é quão grandes esses bolsões enriquecidos precisariam ser para que sua assinatura isotópica sobrevivesse à viagem para a superfície. Conforme o magma sobe em direção à superfície, interage com o manto ambiental, o que tenderia a amortecer o sinal de material enriquecido no fundido. Para seu estudo, Liu e Liang modelaram os processos de fusão e transporte de magma. Eles descobriram que, a fim de produzir os diferentes sinais de isótopos entre MORBs e peridotitos abissais, os bolsões de material enriquecido em profundidade precisariam ter pelo menos um quilômetro de tamanho.

"Se a escala de comprimento da heterogeneidade for muito pequena, a troca química durante o fluxo de magma eliminaria as heterogeneidades, "Disse Liang." Então, para produzir a diferença de composição, vemos, nosso modelo mostra que a heterogeneidade precisa ser de um quilômetro ou mais. "

Os pesquisadores esperam que seu estudo acrescente uma nova perspectiva à estrutura em escala fina do manto produzida por convecção do manto.

"Nossa contribuição aqui é dar uma ideia de como algumas dessas heterogeneidades podem ser grandes, "Liang disse." Então, a questão para a comunidade mais ampla é:quais seriam os processos do manto profundo que podem produzir isso? "