p Quando ocorre um terremoto, sismômetros próximos captam suas vibrações na forma de ondas sísmicas. Além de revelar o epicentro de um terremoto, ondas sísmicas podem dar aos cientistas uma maneira de mapear as estruturas internas da Terra, muito parecido com uma tomografia computadorizada imagens do corpo. p Ao medir a velocidade em que as ondas sísmicas viajam em várias profundidades, os cientistas podem determinar os tipos de rochas e outros materiais que se encontram abaixo da superfície da Terra. A precisão de tais mapas sísmicos depende da compreensão dos cientistas de como vários materiais afetam a velocidade das ondas sísmicas.

p Agora, pesquisadores do MIT e da Universidade Nacional da Austrália descobriram que as ondas sísmicas são essencialmente cegas para uma substância muito comum encontrada em todo o interior da Terra:a água.

p Suas descobertas, publicado hoje no jornal Natureza , vai contra a suposição geral de que as imagens sísmicas podem detectar sinais de água nas profundezas do manto superior da Terra. Na verdade, a equipe descobriu que mesmo vestígios de água não afetam a velocidade com que as ondas sísmicas se propagam.

p Os resultados podem ajudar os cientistas a reinterpretar os mapas sísmicos do interior da Terra. Por exemplo, em lugares como cristas meso-oceânicas, o magma das profundezas da Terra irrompe através de fissuras maciças no fundo do mar, espalhando-se a partir da crista e eventualmente se solidificando como uma nova crosta oceânica.

p O processo de derretimento a dezenas de quilômetros abaixo da superfície remove pequenas quantidades de água que são encontradas nas rochas em maior profundidade. Os cientistas pensaram que as imagens sísmicas mostraram essa transição "úmido-seco", correspondendo à transição das placas tectônicas rígidas para o manto deformável abaixo. Contudo, as descobertas da equipe sugerem que a imagem sísmica pode estar detectando sinais de que não é água, mas sim, derreter - pequenos bolsões de rocha derretida.

p "Se observarmos variações muito fortes [nas velocidades sísmicas], é mais provável que sejam devido ao derretimento, "diz Ulrich Faul, um cientista pesquisador do Departamento da Terra do MIT, Atmosférico, e Ciências Planetárias. "Água, com base nesses experimentos, não é mais um ator importante nesse sentido. Isso mudará a forma como interpretamos as imagens do interior da Terra. "

p Os co-autores de Faul são o autor principal Christopher Cline, junto com Emmanuel David, Andrew Berry, e Ian Jackson, da Australian National University.

p Uma reviravolta sísmica

p Faul, Cline, e seus colegas decidiram determinar exatamente como a água afeta as velocidades das ondas sísmicas. Eles presumiram, como a maioria dos pesquisadores tem, que a imagem sísmica pode "ver" a água, na forma de grupos hidroxila dentro de grãos minerais individuais em rochas, e como bolsões de água em escala molecular presos entre esses grãos. Água, mesmo em pequenas quantidades, é conhecido por enfraquecer as rochas nas profundezas do interior da Terra.

p “Era sabido que a água tem um forte efeito em quantidades muito pequenas nas propriedades das rochas, "Faul diz." A partir daí, a inferência foi que a água também afeta as velocidades das ondas sísmicas substancialmente. "

p Para medir até que ponto a água afeta as velocidades das ondas sísmicas, a equipe produziu diferentes amostras de olivina - um mineral que constitui a maior parte do manto superior da Terra e determina suas propriedades. Eles capturaram várias quantidades de água dentro de cada amostra, e, em seguida, colocou as amostras, uma de cada vez, em uma máquina projetada para torcer lentamente uma rocha, semelhante a torcer um elástico. Os experimentos foram feitos em um forno a altas pressões e temperaturas, a fim de simular condições nas profundezas da Terra.

p "Nós torcemos a amostra em uma extremidade e medimos a magnitude e o atraso de tempo da deformação resultante na outra extremidade, "Faul diz." Isso simula a propagação de ondas sísmicas através da Terra. A magnitude desta tensão é semelhante à largura de um cabelo humano fino - não é muito fácil de medir a uma pressão de 2, 000 vezes a pressão atmosférica e uma temperatura que se aproxima da temperatura de fusão do aço. "

p A equipe esperava encontrar uma correlação entre a quantidade de água em uma determinada amostra e a velocidade com que as ondas sísmicas se propagariam por essa amostra. Quando as amostras iniciais não mostraram o comportamento esperado, os pesquisadores modificaram a composição e mediram novamente, mas eles continuaram obtendo o mesmo resultado negativo. Por fim, tornou-se inevitável que a hipótese original estava incorreta.

p "A partir de nossas medidas [de torção], as rochas se comportavam como se estivessem secas, mesmo que pudéssemos analisar claramente a água lá, "Faul diz." Nesse ponto, sabíamos que a água não fazia diferença. "

p Uma pedra, envolto

p Outro resultado inesperado dos experimentos foi que a velocidade da onda sísmica parecia depender do estado de oxidação de uma rocha. Todas as rochas da Terra contêm certas quantidades de ferro, em vários estados de oxidação, assim como o ferro metálico em um carro pode enferrujar quando exposto a uma certa quantidade de oxigênio. Os pesquisadores descobriram, quase sem querer, que a oxidação do ferro na olivina afeta a forma como as ondas sísmicas viajam pela rocha.

p Cline e Faul chegaram a essa conclusão depois de reconfigurar sua configuração experimental. Para realizar seus experimentos, a equipe normalmente envolve cada amostra de rocha em um cilindro feito de níquel e ferro. Contudo, na medição do conteúdo de água de cada amostra neste cilindro, eles descobriram que os átomos de hidrogênio na água tendem a escapar da rocha, através do invólucro de metal. Para conter hidrogênio, eles trocaram seu invólucro por um feito de platina.

p Para sua surpresa, eles descobriram que o tipo de metal ao redor das amostras afetou suas propriedades sísmicas. Experimentos separados mostraram que o que de fato mudou foi a quantidade de Fe3 + na olivina. Normalmente, o estado de oxidação do ferro na olivina é 2+. Acontece que a presença de Fe3 + produz imperfeições que afetam as velocidades das ondas sísmicas.

p Faul diz que as descobertas do grupo sugerem que as ondas sísmicas podem ser usadas para mapear os níveis de oxidação, como nas zonas de subducção - regiões da Terra onde as placas oceânicas afundam no manto. Com base em seus resultados, Contudo, a imagem sísmica não pode ser usada para imaginar a distribuição da água no interior da Terra. O que alguns cientistas interpretaram como água pode na verdade estar derretido - um insight que pode mudar nossa compreensão de como a Terra muda suas placas tectônicas ao longo do tempo.

p "Uma questão subjacente é o que lubrifica as placas tectônicas na Terra, "Faul diz." Nosso trabalho aponta para a importância de pequenas quantidades de fusão na base das placas tectônicas, em vez de um manto úmido sob placas secas. No geral, esses resultados podem ajudar a iluminar o ciclo volátil entre o interior e a superfície da Terra. "