Imagine colocar uma pedra em um pedaço de papelão suspenso. Se o papelão for forte e forte, como a capa de um livro de capa dura, a rocha pode ficar parada por um longo tempo e a prancha dificilmente flexionará devido ao peso da rocha. Mas se o papelão for frágil, mais como cartaz, vai começar a ceder sob o peso da rocha, distorcendo em forma e estrutura.

A cientista da Terra Donna Shillington estuda um conceito semelhante ao estudar o peso da lava endurecida, ou magma, na superfície da terra. Quando os vulcões entram em erupção, jorrando fogo, a lava esfria com o tempo e se compõe, adicionar peso e estresse que pode fazer com que as placas tectônicas mais frágeis da Terra dobrem e quebrem, que pode criar terremotos, e em alguns casos, tsunamis.

Shillington quer saber exatamente quanto magma é endurecido sob uma cadeia de vulcões na Placa do Pacífico, que fica abaixo do Oceano Pacífico. Ela também está investigando o quão forte é a placa, e se ele se comportará mais como o papelão ou cartolina sob o peso da rocha - ou, neste caso, magma.

Estendendo-se por 40 milhões de milhas quadradas na superfície da Terra, a placa do Pacífico paira sobre um ponto de acesso, onde o material muito quente das profundezas da Terra plumas para cima. À medida que a placa rastejou por este ponto de acesso ao longo das últimas dezenas de milhões de anos, o calor que escapou interagindo com a placa causou erupções vulcânicas e criou a cadeia de montes submarinos do Imperador Havaiano, uma cordilheira que se estende por 3, 1.400 quilômetros da trincheira das Aleutas, no noroeste do Pacífico, até o monte submarino Lo'ihi, a apenas 22 milhas a sudeste da Ilha do Havaí. A maior parte da cadeia está submersa - pelo menos 80 vulcões submarinos foram identificados - e as ilhas havaianas são os únicos picos expostos no sistema.

Como em qualquer sistema montanhoso, os cientistas querem saber do que é feito, como se formou, e como isso mudou ao longo do tempo. Mas, porque os vulcões mais jovens desta cadeia são capazes de entrar em erupção e produzir terremotos ou tsunamis, os cientistas também querem saber como a carga que a corrente adicionou à placa do Pacífico pode influenciar desastres naturais. Mais importante, eles querem saber a resistência da placa estudando como ela responde à carga dos vulcões gigantes.

Infelizmente, as ilhas havaianas de fácil amostragem acima do nível do mar são apenas uma pequena parte da extensa cadeia e apenas parte da história. Para obter as respostas de que precisam, Shillington e seus colegas têm que ir muito, muito mais profundo - abaixo do fundo do oceano.

Durante o ano letivo de 2018-19, quando Shillington era um professor de pesquisa de Lamont no Observatório da Terra Lamont-Doherty da Universidade de Columbia, ela liderou dois cruzeiros de pesquisa para a cadeia de montes submarinos do Imperador Havaiano:um para a jovem parte havaiana da cadeia, e a outra para a metade norte mais velha, onde os vulcões têm até 80 milhões de anos. Ela queria aprender o máximo que pudesse sobre os vulcões subaquáticos - e a terra abaixo deles - para entender como a placa do Pacífico está se mantendo sob o peso do magma, e também, onde esse magma está exatamente.

"Conhecer as propriedades dessa placa é importante para entender como ela vai responder, "disse Shillington, que agora é professor associado da Northern Arizona University. “A resistência de uma placa é o elemento fundamental que vai controlar como ela se comporta. Por exemplo, a força da placa oceânica ditará como ela se curva e é empurrada para baixo dos continentes nas zonas de subducção - um lugar que cria terremotos. "

Viajando com Shillington na expedição estavam dois outros cientistas Lamont-Doherty - Brian Boston, um cientista pesquisador de pós-doutorado e Will Fortin, um cientista pesquisador associado. A equipe de pesquisadores principais também incluiu um cientista da Universidade de Oxford, Tony Watts; três cientistas da Universidade do Havaí - Robert Dunn, Garrett Ito, Paul Wessel; dois cientistas do US Geological Survey - Uri ten Brink e Nathan Miller; e um cientista da GEOMAR - Ingo Grevemeyer. Por meio de um processo de inscrição competitivo, a equipe também convidou alunos de pós-graduação de todo o país para participar dos cruzeiros, e os alunos blogaram sobre a experiência.

Duas vezes, em outubro de 2018 e novamente em abril de 2019, a equipe zarpou no R / V Marcus G. Langseth, uma nave que é propriedade da National Science Foundation e operada pelo Observatório Terrestre Lamont-Doherty. A embarcação é especial porque possui tecnologia a bordo que permite aos cientistas criar mapas bidimensionais e tridimensionais da estrutura da Terra, quilômetros abaixo do fundo do mar.

Levou nove dias navegando das ilhas havaianas para chegar ao local de amostragem na Cadeia do Monte Submarino do Imperador, no Oceano Pacífico, disse Fortin. Era, em termos mais simples, no meio do nada. A visão típica de estibordo era simplesmente neblina.

Contudo, a equipe não estava lá para olhar ou tocar, mas para ouvir. Usando a tecnologia de mapeamento sísmico a bordo do navio, eles mapeariam a topografia subaquática enviando ondas sonoras para a água e medindo como elas ecoavam, uma técnica chamada imagem sísmica.

"Sismologia é essencialmente ficar em um desfiladeiro gritando 'eco' e, em seguida, ouvir 'eco' voltar para você, mas muito mais complicado e muito mais silencioso, "disse Fortin." Quando você ouvir 'eco' voltar para você, se você registrar a forma de onda e prestar muita atenção, você pode dizer de que tipo de rocha está ricocheteando porque o eco que volta muda com base no que está atingindo. Esteja você em um lugar com um desfiladeiro de arenito ou com uma rocha de granito, você pode obter essas informações de como o eco soa - quão alto ele é, e como está distorcido. "

Para medir o eco, a equipe jogou sismômetros do tamanho de um barril no mar, onde afundaram mais de cinco quilômetros para descansar no fundo do oceano e coletar medições de pressão e movimento do solo. Eles também rebocaram um cabo de 14 quilômetros de comprimento equipado com sensores de pressão atrás do navio.

Então, eles gritaram para o desfiladeiro. Usando um arsenal de pistolas de compressão de ar a bordo, eles dispararam bolhas de ar na água. Eles ouviram - em tempo real - e gravaram.

Além dos ecos detectados na coluna de água pelas serpentinas do barco, "à medida que produzíamos as ondas sísmicas, os sismômetros no fundo do oceano registraram como as ondas se propagam através da crosta terrestre, "disse Boston.

Fortin também estuda o papel da cadeia de montanhas na circulação e na mistura da água do mar. Compreender a topografia da corrente e sua composição material o ajudará a descobrir, assim como dar uma olhada mais de perto em como os ecos se movem pela coluna d'água.

Gravar e analisar ecos na água - e especialmente na água fria - pode ser bastante tedioso, disse Fortin. Enquanto o xisto e o arenito refletem cerca de 20 por cento do som original, apenas cerca de 0,05 por cento da energia do som original é refletida entre as diferentes camadas de água.

"Os reflexos na coluna d'água são abafados e mais silenciosos, como um eco retornado de um travesseiro, em vez de uma parede do desfiladeiro, "disse Fortin." Quer dizer, a menos que você tivesse equipamento especializado, como um navio sísmico ou orelhas de morcego, você não ouviria um eco de seu travesseiro. Esses ecos são tão silenciosos e requer alguma sutileza. Estou ajustando alguns dos meus métodos computacionais para chegar lá. "

Por último, a equipe também quer saber quanto magma novo está endurecendo sob os vulcões.

"Algum magma chega à superfície, onde entra em erupção como lava flui, "disse Shillington." No entanto, alguns dos magmas não chegam à superfície - em vez disso, eles esfriam e se cristalizam em rochas abaixo da superfície da Terra. "

A equipe usa ondas sonoras para determinar a espessura, composição e distribuição espacial dos magmas que se cristalizaram e se transformaram em rochas em profundidade e nunca chegaram à superfície.

Um ano depois, os dados ainda estão sendo analisados ​​para criar uma imagem completa do que está por baixo, e como isso pode ter mudado com o tempo.

"Tivemos a sorte de poder coletar tantos dados, e este é apenas o começo de tudo o que esperamos descobrir nesses conjuntos de dados, "disse Shillington. Devido à localização remota, "ninguém vai voltar e coletar dados onde trabalhamos por muitos anos."

Esta história foi republicada por cortesia do Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.