Pela primeira vez, pesquisadores foram capazes de espiar profundamente no manto da Terra sob uma dorsal meso-oceânica ultrabaixo, onde eles puderam observar o derretimento do manto e o crescimento da crosta terrestre.

Mais de 100 anos atrás, o meteorologista alemão e ávido balonista Alfred Wegener comentou em uma carta para sua futura esposa Elsa Köppen sobre um padrão estranho que ele notou em mapas mundiais.

"A costa leste da América do Sul não se encaixa exatamente na costa oeste da África, como se já tivessem se unido? ", ele escreveu em dezembro de 1910." Essa é uma ideia que terei de perseguir. "

O insight de Wegener acabou levando ao entendimento, muitas décadas e muito debate depois, que a Terra é feita de placas que se encaixam como a casca rachada de um ovo - exceto que as cascas, ou pratos, mover-se em uma camada mais plástica chamada astenosfera.

As áreas onde as placas se separam, como no meio do Oceano Atlântico, é onde se forma uma nova crosta. Aqui, rocha derretida sobe, formando uma crista entre as placas. Mas, como essas dorsais meso-oceânicas estão em águas profundas e remotas, eles são notoriamente difíceis de estudar e mal compreendidos.

Agora, uma equipe de cientistas noruegueses usou tecnologia eletromagnética avançada para criar as primeiras imagens de um tipo específico de dorsal meso-oceânica, como uma forma de aprender mais sobre as forças dinâmicas no manto da Terra por baixo. Seus resultados acabam de ser publicados em Natureza

Imagem profunda do desconhecido

Ståle Emil Johansen, o primeiro autor do estudo e professor do Departamento de Geociências e Petróleo da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU), diz que os pesquisadores decidiram estudar um tipo específico de dorsal meso-oceânica chamada dorsal de propagação de ultraslow.

Como o nome sugere, é aqui que as placas se afastam extremamente lentamente, menos de 20 milímetros por ano. Em contraste, as velocidades medidas em diferentes partes da placa do Pacífico mostram movimentos de mais de 150 mm por ano.

Mais de 30 por cento das dorsais meso-oceânicas do mundo são cristas que se espalham pelo ultraslow, ele disse. Mas por tudo isso, os geólogos sabem muito pouco sobre eles.

"Ninguém jamais imaginou esses tipos de cristas antes de usar métodos eletromagnéticos modernos, e isso é mais profundo do que jamais fomos capazes de imaginar antes, "disse ele." As estruturas profundas são simplesmente desconhecidas. "

Castelo de Loki no fundo do mar

A crista de propagação ultraslow que a equipe estudou é chamada de Mohns Ridge. Situa-se a sudoeste de Svalbard e a leste da costa da Groenlândia.

Aqui, a crosta oceânica é muito fina e há um proeminente campo negro de fumaça em uma área chamada Castelo de Loki. Fumadores negros são aberturas no fundo do mar que liberam um fluxo constante de calor extremamente água do mar rica em minerais. Os fumantes negros também são um local privilegiado para a deposição de minerais do fundo do mar.

Johansen disse que o projeto estava focado no desenvolvimento de informações fundamentais sobre os tipos de forças que impulsionam a ressurgência de rochas do manto parcialmente derretidas ao longo das cristas.

"É pesquisa básica, " ele disse, "embora também forneça uma visão inovadora sobre a formação de fumaça negra e depósitos de metal submarinos."

Medindo tensões fracas em grandes distâncias

Os pesquisadores foram capazes de usar um tipo especial de técnica de imagem eletromagnética chamada tecnologia de levantamento eletromagnético de fonte controlada (CSEM). A tecnologia requer que um navio coloque antenas no fundo do oceano em uma grade, depois disso, o navio reboca uma fonte de energia eletromagnética pela rede em um longo cabo e coleta informações sobre a energia que retorna do subsolo.

As antenas do fundo do mar também são capazes de gravar um segundo tipo de sinal eletromagnético, um sinal de fundo eletromagnético que ocorre naturalmente. A técnica que utiliza essa energia é chamada de magnetotelúrica (MT). "Partículas carregadas do sol criam correntes elétricas quando atingem a atmosfera da Terra. Você também pode ver essa energia quando vê a aurora boreal, " ele disse.

Johansen disse que é fascinante que este sinal natural, que é muito fraco, pode até mesmo ser detectado, uma vez que faz uma longa jornada da ionosfera profundamente no manto e de volta ao fundo do mar. Mas funciona, especialmente quando combinado com a tecnologia CSEM.

"O que fizemos pela primeira vez foi combinar esses dois sinais em um, para criar imagens bastante espetaculares dessas estruturas profundas, " ele disse.

Nesse caso, Contudo, os pesquisadores queriam descobrir o que estava acontecendo abaixo de uma crista que se espalhava por ultra-lento. As estruturas sob a crista estavam sendo formadas passivamente pelo derretimento parcial de rochas "borbulhando" quando as placas da América do Norte e da Eurásia se separaram? As informações que coletaram - diferenças fracas na voltagem que resultam de diferentes condutividades elétricas nas rochas sob o fundo do oceano - podem ser traduzido em imagens que mostram a distribuição subsuperficial de diferentes tipos de rochas, bem como derretimentos e fluidos.

Em uma imagem, os pesquisadores foram capazes de detectar o sistema de encanamento para a circulação profunda da água do mar que forma depósitos minerais no Castelo de Loki.

Outra série de imagens que eles fizeram mostra o que está acontecendo onde as duas placas estão se espalhando, que é o que os cientistas estavam mais curiosos.

A tecnologia funcionou tão bem que eles foram capazes de criar imagens até 120 km abaixo do fundo do mar. Suas descobertas, eles perceberam, poderia ajudar a explicar as estruturas mapeadas abaixo da crista e também a entender os processos fundamentais que criam cristas ultraslow.

Compreendendo como a nova crosta é formada nas dorsais meso-oceânicas

Embora a teoria das placas tectônicas de Wegener tenha sido aceita nas últimas seis décadas, e os princípios gerais por trás do movimento da placa são geralmente compreendidos, ainda há muito mais a aprender - especialmente quando se trata das dorsais meso-oceânicas.

O que é importante entender é que quando as placas se separam em uma parte do globo, as bordas da placa se encontrarão em outra parte do globo. Isso significa que algo tem que ceder.

Quando duas placas se encontram, o lado de uma placa é empurrado, ou subduzida, sob a outra placa. Isso é o que está acontecendo no Pacífico, onde o lado oriental da placa do Pacífico está deslizando sob o continente sul-americano.

Geralmente há muita atividade tectônica, como terremotos ou vulcões, nos limites da placa. Tende a ser mais visível quando a borda da placa está próxima à borda continental, como no oeste da América do Norte. Pense na Califórnia.

Sistema de crista passivo ou ativo

Nesse caso, Contudo, os pesquisadores queriam descobrir o que estava acontecendo com a crista que se espalhava pelo ultraslow. Estariam as estruturas abaixo da crista sendo formadas passivamente por rochas parcialmente derretidas e "borbulhantes" quando as placas norte-americana e euro-asiática se separaram?

Ou há um empurrão de baixo, onde a sobrepressão no manto cria um sistema dinâmico que empurra ativamente a rocha parcialmente derretida das profundezas?

"Normalmente, quando pensamos em placas se separando, eles criam um espaço entre eles e o magma sobe. Então, se você fizer uma imagem disso, o normal é pensar que parece bom e simétrico, " ele disse.

Contudo, quando os cientistas olharam para as imagens que eles tinham, eles perceberam que a placa litosférica no lado oriental da cordilheira era muito mais espessa e fria do que no lado ocidental da cordilheira.

This matters because geologists have traditionally believed that asymmetric thickness along mid-ocean ridges means there must be a dynamic system and that overpressure pushes magma up from the deep mantle.

Nesse caso, Contudo, the researchers realized that there was a much simpler explanation for why the eastern side of the ridge was thicker and deformed:the eastern side of the ridge is the edge of the Eurasian plate, which is slowly moving southwards. Em contraste, the North American plate is moving nearly west.

Asymmetric plate movement helps explain the pattern

Resumidamente, "the asymmetry below the ridges doesn't have to be a sign of push from below, " he said. "Maybe it is simpler than that. Maybe when you have asymmetric structures below the ridge, it's because you have asymmetric plate movement at the surface."

That could mean no push from below at the Mohns Ridge, but that the movements of the plates themselves are making the patterns the researchers see, he said. It's also another piece of information that will help researchers to better understand how the Earth's tectonic plates behave.

Johansen came to academia after a career working at Equinor, the Norwegian energy company, and with EMGS, the company that has developed the electromagnetic imaging technique the researchers used in their findings.

"People ask me why I do this, " ele disse, he said of his shift to academia. "It's because of the excitement of discovery that is a part of basic research."