Minerais presos dentro de pequenos cristais que sobreviveram à trituração dos continentes ao longo de bilhões de anos podem ajudar a revelar as origens das placas tectônicas e talvez até fornecer pistas sobre como a vida complexa surgiu na Terra.

A teoria das placas tectônicas - que descreve como a crosta terrestre é separada em placas que flutuam e deslizam sobre uma camada de rocha maleável abaixo - tornou-se amplamente aceita pela ciência há cerca de 50 anos. Acredita-se que o processo tenha moldado amplamente o mundo ao nosso redor, permitindo que os continentes se formassem, levantando cadeias de montanhas enormes quando colidem, criando ilhas vulcânicas e desencadeando terremotos catastróficos.

Mas ainda há debate sobre exatamente como e quando na história de 4,5 bilhões de anos do nosso planeta as placas se formaram, as estimativas variam de menos de um bilhão a 4,3 bilhões de anos atrás.

Também não está claro exatamente a rapidez com que as placas tectônicas evoluíram, diz o Dr. Hugo Moreira, um geólogo da Universidade de Montpellier, na França. A crosta terrestre se dividiu abruptamente em várias placas e começou a se mover ao longo de apenas dezenas de milhões de anos, ou foi o processo muito mais gradual, levando centenas de milhões de anos ou mais?

Entender isso pode ser crucial para entender não apenas como o próprio planeta evoluiu, mas também como a vida pode ter sido iniciada na Terra. Acredita-se que as condições criadas pelas placas tectônicas tenham ajudado a tornar a Terra hospitaleira para a vida e também fornecido nutrientes vitais necessários para a prosperidade da vida multicelular complexa.

Cápsulas do tempo de cristal

Dr. Moreira e seus colegas estão buscando respostas para essas perguntas dentro de pequenos cristais de zircão, que são cápsulas do tempo do passado distante da Terra devido à sua extrema robustez. Eles são freqüentemente encontrados preservados na rocha, apesar da ação contínua de intemperismo e eventos geológicos.

Muitos desses cristais foram datados pela análise do decaimento radioativo de isótopos - diferentes formas de elementos - que eles contêm. Alguns foram encontrados até 4,4 bilhões de anos atrás, os primeiros fragmentos conhecidos da crosta terrestre.

"É por isso que o zircão é incrível, porque embora as rochas que compõem os continentes tenham sido destruídas, o zircão sobreviveu no registro sedimentar, "disse o Dr. Moreira. Os cientistas já usaram cristais de zircão para estudar a história da crosta continental da Terra, mas ainda não foi suficiente para fornecer um consenso definitivo sobre como as placas tectônicas começaram, ele diz.

"Depois de analisar centenas de milhares deles, ainda não temos um acordo, "disse o Dr. Moreira, membro do projeto MILESTONE liderado pelo Dr. Bruno Dhuime, pesquisador de geociências do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica, também da Universidade de Montpellier.

Os pesquisadores esperam usar esses cristais - que normalmente medem cerca de um décimo de milímetro, ou aproximadamente a espessura de um cabelo humano - para melhorar nossa visão sobre o tempo e a evolução das placas tectônicas.

O grupo MILESTONE fará uma busca em uma escala ainda menor - cerca de um centésimo de milímetro - para examinar vestígios de minerais apatita e feldspato presos dentro dos cristais de zircão. Os isótopos de estrôncio e chumbo nestas 'inclusões' podem adicionar detalhes sem precedentes sobre a fonte de formação do zircão e se isso ocorreu nos vários tipos de magma abaixo de placas estagnadas ou móveis, diz o Dr. Moreira.

"Será um passo crítico para uma melhor compreensão de como nosso planeta evoluiu, "disse ele." Se conseguirmos medir a composição isotópica dessas minúsculas inclusões, poderíamos dizer qual era a composição da rocha na qual o zircão se cristalizou. Talvez possamos entender como a crosta evoluiu naquele ponto e em que tipo de configurações tectônicas o magma se formou. "

Esta análise em pequena escala foi possível pela instalação de um laboratório contendo um especialista, espectrômetro de massa altamente sensível, equipamento que mede as características dos átomos.

A equipe espera começar a analisar amostras no próximo mês, em última análise, investigando inclusões em mais de 5, 000 zircões de várias idades de todo o mundo para construir uma imagem em grande escala. "O que queremos fazer é identificar quando as placas tectônicas se tornaram globais, em vez de quando foram localizadas em pontos isolados aqui e ali, "disse o Dr. Moreira.

Estruturas subterrâneas

No extremo oposto da escala, outros pesquisadores têm buscado pistas sobre as origens das placas tectônicas em duas estruturas maciças do tamanho de um continente encontradas nas profundezas das placas do Pacífico e da África.

Essas 'pilhas termoquímicas, "estruturas misteriosas localizadas a cerca de 2, 900 quilômetros abaixo da superfície, na fronteira entre o núcleo e o manto da Terra, were discovered in the 1990s with the aid of seismic tomography—imaging from seismic waves produced by earthquakes or explosions. They were detected as potentially warmer areas of material in which seismic waves travel at different speeds than in the surrounding mantle, but there is still much debate about exactly what they are, including their composition, longevidade, shape and origins.

Over the past couple of decades, a 'fiery' debate has arisen over their proposed link to movements on the planet's surface and so their potential involvement in the emergence of plate tectonics, explained Dr. Philip Heron, a geoscientist who studied the structures as lead researcher on the TEROPPLATE project at Durham University.

"These piles are thought to have an impact on how material moves within the planet, and therefore how the surface behaves over time, " he said. Events on the surface may in turn drive their activity.

One theory is that these piles are stable for long geological periods and their edges correspond with the position of key features involved in plate tectonics on Earth's surface, such as supervolcanoes.

Contudo, their extreme depth makes these piles difficult to observe directly. "Given that these structures are in places 100 times higher than Mount Everest, they may be the largest things in our planet that we know the least about, " said Dr. Heron.

Supercomputer power

The TEROPPLATE project harnessed supercomputer power to investigate. Using more than 1, 000 computers working in tandem, the team developed 3-D models of Earth to show how the assumed chemical composition of large hot regions deep underground might influence the formation and location of deep mantle plumes.

Contudo, their models indicated that the piles may be more passive in plate tectonics than initially thought and that the world would still form similar geological features without them. "When looking at the positioning of large plumes of material that form supervolcanoes, our numerical simulations indicated that the chemical piles were not the controlling factor in this, " said Dr. Heron.

But he added that these findings were not fully conclusive and have also opened the door to other interesting avenues for research—such as exploring the implications that these structures are constantly moving through the mantle rather than being largely stationary.

"It gives weight to the theory that the chemical piles may not be rigid and fixed in our planet, and that the deep Earth may evolve as readily as the continents on our surface move around, " he said. "It's a push to start looking deeper."

Some of TEROPPLATE's results also indicate that the piles may have been robust enough to survive Earth's earliest beginnings. That makes it feasible for them to have been around for the start of plate tectonics and thus to have had roles in the process that we don't yet know about, adds Dr. Heron.

All of this could have implications for understanding our own place on Earth too. Se, por exemplo, plate tectonics evolved rapidly early in Earth's history, it may raise questions such as why complex life didn't emerge earlier or just how closely the two are linked, says Dr. Moreira.

"To fundamentally understand where plate tectonics comes from is potentially the essence of life, " added Dr. Heron. "On Earth, there's not a thing that hasn't been impacted by it."