Geofísicos da Universidade de Maryland analisaram milhares de gravações de ondas sísmicas, ondas sonoras viajando pela Terra, para identificar ecos da fronteira entre o núcleo derretido da Terra e a camada de manto sólido acima dela. Os ecos revelaram-se mais difundidos, estruturas heterogêneas - áreas de densidade incomum, rocha quente - no limite núcleo-manto do que anteriormente conhecido.

Os cientistas não têm certeza da composição dessas estruturas, e estudos anteriores forneceram apenas uma visão limitada deles. Compreender melhor sua forma e extensão pode ajudar a revelar os processos geológicos que acontecem nas profundezas da Terra. Esse conhecimento pode fornecer pistas sobre o funcionamento das placas tectônicas e a evolução de nosso planeta.

A nova pesquisa fornece a primeira visão abrangente da fronteira núcleo-manto em uma área ampla com resolução detalhada. O estudo foi publicado em 12 de junho, 2020, edição do jornal Ciência .

Os pesquisadores se concentraram nos ecos das ondas sísmicas que viajam sob a bacia do Oceano Pacífico. Sua análise revelou uma estrutura até então desconhecida sob as ilhas vulcânicas Marquesas, no Pacífico Sul, e mostrou que a estrutura sob as ilhas havaianas é muito maior do que se conhecia anteriormente.

"Ao observar milhares de ecos de limite do manto do núcleo de uma vez, em vez de se concentrar em alguns de cada vez, como geralmente é feito, obtivemos uma perspectiva totalmente nova, "disse Doyeon Kim, um pós-doutorado no Departamento de Geologia da UMD e o principal autor do artigo. "Isso está nos mostrando que a região de limite núcleo-manto tem muitas estruturas que podem produzir esses ecos, e isso era algo que não percebíamos antes porque tínhamos uma visão estreita. "

Terremotos geram ondas sísmicas abaixo da superfície da Terra que viajam milhares de quilômetros. Quando as ondas encontram mudanças na densidade da rocha, temperatura ou composição, eles mudam a velocidade, dobrar ou espalhar, produzindo ecos que podem ser detectados. Ecos de estruturas próximas chegam mais rapidamente, enquanto as de estruturas maiores são mais barulhentas. Ao medir o tempo de viagem e a amplitude desses ecos conforme eles chegam aos sismômetros em locais diferentes, os cientistas podem desenvolver modelos das propriedades físicas das rochas escondidas abaixo da superfície. Esse processo é semelhante à maneira como os morcegos se ecolocalizam para mapear seu ambiente.

Para este estudo, Kim e seus colegas procuraram ecos gerados por um tipo específico de onda, chamado de onda de cisalhamento, à medida que viaja ao longo da fronteira núcleo-manto. Em uma gravação de um único terremoto, conhecido como sismograma, Os ecos das ondas de cisalhamento difratadas podem ser difíceis de distinguir do ruído aleatório. Mas olhar para muitos sismogramas de muitos terremotos de uma vez pode revelar semelhanças e padrões que identificam os ecos ocultos nos dados.

Usando um algoritmo de aprendizado de máquina chamado Sequencer, os pesquisadores analisaram 7, 000 sismogramas de centenas de terremotos de magnitude 6,5 e maiores ocorrendo ao redor da bacia do Oceano Pacífico de 1990 a 2018. O sequenciador foi desenvolvido pelos coautores do novo estudo da Universidade Johns Hopkins e da Universidade de Tel Aviv para encontrar padrões na radiação de estrelas e galáxias distantes . Quando aplicado a sismogramas de terremotos, o algoritmo descobriu um grande número de ecos de ondas de cisalhamento.

"O aprendizado de máquina em ciências da terra está crescendo rapidamente e um método como o Sequencer nos permite detectar sistematicamente ecos sísmicos e obter novos insights sobre as estruturas na base do manto, que permaneceram enigmáticos, "Kim disse.

O estudo revelou algumas surpresas na estrutura da fronteira núcleo-manto.

"Encontramos ecos em cerca de 40% de todos os caminhos das ondas sísmicas, "disse Vedran Lekic, professor associado de geologia da UMD e co-autor do estudo. "Isso foi surpreendente porque esperávamos que fossem mais raros, e o que isso significa é que as estruturas anômalas na fronteira núcleo-manto são muito mais difundidas do que se pensava anteriormente. "

Os cientistas descobriram que a grande mancha muito densa, material quente na fronteira do manto do núcleo abaixo do Havaí produziu ecos excepcionalmente altos, indicando que é ainda maior do que as estimativas anteriores. Conhecidas como zonas de velocidade ultrabaixa (ULVZs), tais manchas são encontradas nas raízes das plumas vulcânicas, onde a rocha quente sobe da região limite do manto central para produzir ilhas vulcânicas. O ULVZ abaixo do Havaí é o maior conhecido.

Este estudo também encontrou um ULVZ até então desconhecido abaixo das Ilhas Marquesas.

"Ficamos surpresos ao encontrar uma característica tão grande sob as Ilhas Marquesas que nem sabíamos que existia antes, "Lekic disse." Isso é realmente emocionante, porque mostra como o algoritmo do sequenciador pode nos ajudar a contextualizar os dados do sismograma em todo o mundo de uma forma que não podíamos antes. "