A maioria dos alunos aprende que a Terra tem três (ou quatro) camadas:uma crosta, manto e núcleo, que às vezes é subdividido em um núcleo interno e externo. Não está errado, mas deixa de fora várias outras camadas que os cientistas identificaram dentro da Terra.

Em um estudo publicado esta semana em Ciência , Os geofísicos de Princeton Jessica Irving e Wenbo Wu, em colaboração com Sidao Ni do Instituto de Geodésia e Geofísica da China, usaram dados de um enorme terremoto na Bolívia para encontrar montanhas e outras topografias em uma camada localizada a 660 quilômetros (410 milhas) diretamente para baixo, que separa o manto superior e inferior. (Na falta de um nome formal para esta camada, os pesquisadores simplesmente chamam de "o limite de 660 km.")

Para perscrutar profundamente a Terra, cientistas usam as ondas mais poderosas do planeta, que são gerados por terremotos massivos. "Você quer um grande, terremoto profundo para fazer todo o planeta tremer, "disse Irving, professor assistente de geociências.

Grandes terremotos são muito mais poderosos do que pequenos - a energia aumenta 30 vezes a cada passo na escala Richter - e terremotos profundos, "em vez de desperdiçar sua energia na crosta, pode fazer todo o manto funcionar, "Disse Irving. Ela obtém seus melhores dados de terremotos de magnitude 7,0 ou superior, ela disse, como as ondas de choque que eles enviam em todas as direções podem viajar através do núcleo para o outro lado do planeta - e vice-versa. Para este estudo, os principais dados vieram de ondas obtidas após um terremoto de magnitude 8,2 - o segundo maior terremoto profundo já registrado - que sacudiu a Bolívia em 1994.

"Terremotos deste tamanho não acontecem com muita frequência, ", disse ela." Temos sorte agora que temos muito mais sismômetros do que há 20 anos. A sismologia é um campo diferente do que era há 20 anos, entre instrumentos e recursos computacionais. "

Sismologistas e cientistas de dados usam computadores poderosos, incluindo o cluster de supercomputador Tiger de Princeton, para simular o comportamento complicado de ondas de espalhamento nas profundezas da Terra.

A tecnologia depende de uma propriedade fundamental das ondas:sua capacidade de dobrar e saltar. Assim como as ondas de luz podem ricochetear (refletir) em um espelho ou se curvar (refratar) ao passar por um prisma, ondas de terremoto viajam direto através de rochas homogêneas, mas refletem ou refratam quando encontram qualquer limite ou rugosidade.

"Sabemos que quase todos os objetos têm rugosidade superficial e, portanto, espalham a luz, "disse Wu, o autor principal do novo artigo, que acabou de concluir seu doutorado em geociências. e agora é pesquisador de pós-doutorado no California Institute of Technology. "É por isso que podemos ver esses objetos - as ondas de dispersão carregam as informações sobre a rugosidade da superfície. Neste estudo, investigamos ondas sísmicas espalhadas viajando dentro da Terra para restringir a rugosidade do limite de 660 km da Terra. "

Os pesquisadores ficaram surpresos com o quão áspero é esse limite - mais áspero do que a camada superficial em que todos vivemos. "Em outras palavras, topografia mais forte do que as Montanhas Rochosas ou os Apalaches está presente na fronteira de 660 km, "disse Wu. O modelo estatístico deles não permitia determinações precisas de altura, mas há uma chance de que essas montanhas sejam maiores do que qualquer coisa na superfície da Terra. A aspereza não foi distribuída igualmente, qualquer; assim como a superfície da crosta tem fundo oceânico liso e montanhas enormes, o limite de 660 km tem áreas acidentadas e manchas suaves. Os pesquisadores também examinaram uma camada de 410 quilômetros (255 milhas) de profundidade, no topo da "zona de transição do manto médio, "e não encontraram rugosidade semelhante.

"Eles descobriram que as camadas profundas da Terra são tão complicadas quanto o que observamos na superfície, "disse a sismologista Christine Houser, um professor assistente no Instituto de Tecnologia de Tóquio que não estava envolvido nesta pesquisa. "Encontrar mudanças de elevação de 2 milhas (1-3 km) em um limite com mais de 400 milhas (660 km) de profundidade usando ondas que viajam por toda a Terra e de volta é um feito inspirador. ... Suas descobertas sugerem que, terremotos ocorrem e os instrumentos sísmicos se tornam mais sofisticados e se expandem para novas áreas, continuaremos a detectar novos sinais em pequena escala que revelam novas propriedades das camadas da Terra. "

O que significa

A presença de rugosidade na fronteira de 660 km tem implicações significativas para a compreensão de como nosso planeta se formou e continua a funcionar. Essa camada divide o manto, que compõe cerca de 84 por cento do volume da Terra, em suas seções superior e inferior. Por anos, geocientistas têm debatido o quão importante é essa fronteira. Em particular, eles investigaram como o calor viaja através do manto - se as rochas quentes são transportadas suavemente do limite núcleo-manto (quase 2, 000 milhas abaixo) todo o caminho até o topo do manto, ou se essa transferência é interrompida nesta camada. Algumas evidências geoquímicas e mineralógicas sugerem que o manto superior e inferior são quimicamente diferentes, o que apóia a ideia de que as duas seções não se misturam térmica ou fisicamente. Outras observações sugerem que não há diferença química entre o manto superior e inferior, levando alguns a argumentar pelo que é chamado de "manto bem misturado, "com o manto superior e inferior participando do mesmo ciclo de transferência de calor.

"Nossas descobertas fornecem uma visão sobre esta questão, "disse Wu. Os dados sugerem que ambos os grupos podem estar parcialmente certos. As áreas mais suaves do limite de 660 km podem resultar de uma mistura vertical mais completa, enquanto o mais áspero, áreas montanhosas podem ter se formado onde o manto superior e inferior não se misturam tão bem.

Além disso, a aspereza que os pesquisadores encontraram, que existia amplamente, escalas moderadas e pequenas, poderia teoricamente ser causado por anomalias de calor ou heterogeneidades químicas. Mas por causa de como o calor é transportado dentro do manto, Wu explicou, qualquer anomalia térmica em pequena escala seria eliminada em um milhão de anos. Isso deixa apenas diferenças químicas para explicar a rugosidade em pequena escala que eles encontraram.

O que pode causar diferenças químicas significativas? A introdução de rochas que pertenciam à crosta, agora descansando calmamente no manto. Os cientistas há muito debatem o destino das placas do fundo do mar que são empurradas para o manto nas zonas de subducção, as colisões ocorrendo encontradas em todo o Oceano Pacífico e em outras partes do mundo. Wu e Irving sugerem que os restos dessas lajes podem agora estar logo acima ou logo abaixo do limite de 660 km.

"É fácil presumir, dado que só podemos detectar ondas sísmicas viajando pela Terra em seu estado atual, que os sismólogos não podem ajudar a entender como o interior da Terra mudou nos últimos 4,5 bilhões de anos, "disse Irving." O que é empolgante sobre esses resultados é que eles nos fornecem novas informações para entender o destino das placas tectônicas antigas que desceram para o manto, e onde o material do manto antigo ainda pode residir. "

Ela acrescentou:"A sismologia é mais emocionante quando nos permite entender melhor o interior do nosso planeta tanto no espaço quanto no tempo."