p O entendimento atual é que a composição química do manto da Terra é relativamente homogênea. Mas experimentos conduzidos por pesquisadores da ETH agora mostram que essa visão é muito simplista. Seus resultados resolvem um problema-chave enfrentado pelas geociências - e levantam algumas novas questões. p Existem lugares que sempre estarão fora do nosso alcance. O interior da Terra é um deles. Mas temos maneiras de obter uma compreensão deste mundo desconhecido. Ondas sísmicas, por exemplo, nos permitem colocar restrições importantes sobre a estrutura de nosso planeta e as propriedades físicas dos materiais escondidos nas profundezas dele. Depois, há as rochas vulcânicas que emergem em alguns lugares da superfície da Terra de dentro e fornecem pistas importantes sobre a composição química do manto. E, finalmente, existem experiências de laboratório que podem simular as condições do interior da Terra em pequena escala.

p Uma nova publicação de Motohiko Murakami, Professor de Física Mineral Experimental, e sua equipe foi destaque recentemente no jornal PNAS e mostra como esses experimentos podem ser esclarecedores. As descobertas dos pesquisadores sugerem que a compreensão de muitos geocientistas do interior da Terra pode ser muito simplista.

p Mudança dramática

p Abaixo da crosta terrestre, que tem apenas alguns quilômetros de espessura, encontra-se seu manto. Também feito de rocha, isso envolve o núcleo do planeta, que começa cerca de 2, 900 quilômetros abaixo de nós. Graças aos sinais sísmicos, sabemos que uma mudança dramática ocorre no manto a uma profundidade de cerca de 660 quilômetros:é aqui que o manto superior encontra o manto inferior e as propriedades mecânicas da rocha começam a diferir, razão pela qual a velocidade de propagação das ondas sísmicas muda dramaticamente nesta fronteira.

p O que não está claro é se esta é apenas uma fronteira física ou se a composição química da rocha também muda neste ponto. Muitos geocientistas presumem que o manto da Terra como um todo é composto de forma relativamente consistente de rocha rica em magnésio, que por sua vez tem uma composição semelhante à da rocha peridotítica encontrada na superfície da Terra. Esses enviados do manto superior, que chegam à superfície da Terra por meio de eventos como erupções vulcânicas, exibem uma razão magnésio-silício de ~ 1,3.

p “A presunção de que a composição do manto terrestre é mais ou menos homogênea baseia-se em uma hipótese relativamente simples, "Murakami explica." Ou seja, as poderosas correntes de convecção dentro do manto, que também conduzem o movimento das placas tectônicas na superfície da Terra, estão constantemente misturando-o. Mas é possível que essa visão seja muito simplista. "

p Onde está o silício?

p Existe realmente uma falha fundamental nesta hipótese. É geralmente aceito que a Terra foi formada há cerca de 4,5 bilhões de anos por meio do acúmulo de meteoritos que emergiram da nebulosa solar primordial, e, como tal, tem a mesma composição geral desses meteoritos. A diferenciação da Terra em núcleo, manto e crosta ocorreram como parte de uma segunda etapa.

p Deixando de lado o ferro e o níquel, que agora fazem parte do núcleo do planeta, torna-se aparente que o manto deveria conter mais silício do que a rocha peridotítica. Com base nesses cálculos, o manto deve ter uma relação magnésio-silício mais próxima de ~ 1 em vez de ~ 1,3.

p Isso leva os geocientistas a fazer a seguinte pergunta:onde está o silício que falta? E há uma resposta óbvia:o manto da Terra contém tão pouco silício porque está no centro da Terra. Mas Murakami chega a uma conclusão diferente, ou seja, que o silício está no manto inferior. Isso significaria que a composição do manto inferior difere daquela do manto superior.

p Hipótese sinuosa

p A hipótese de Murakami dá algumas voltas e mais voltas:Primeiro, já sabemos precisamente com que velocidade as ondas sísmicas viajam pelo manto. Segundo, experimentos de laboratório mostram que o manto inferior é feito principalmente do mineral silicioso bridgmanita e do mineral ferropericlase rico em magnésio. Terceiro, sabemos que a velocidade com que as ondas sísmicas viajam depende da elasticidade dos minerais que constituem a rocha. Portanto, se as propriedades elásticas dos dois minerais são conhecidas, é possível calcular as proporções de cada mineral necessárias para correlacionar com a velocidade observada das ondas sísmicas. É então possível deduzir qual deve ser a composição química do manto inferior.

p Embora as propriedades elásticas da ferropericlase sejam conhecidas, os de bridgmanite ainda não o são. Isso ocorre porque a elasticidade desse mineral depende muito de sua composição química; mais especificamente, varia de acordo com a quantidade de ferro que a bridgmanita contém.

p Medições demoradas

p Em seu laboratório, Murakami e sua equipe já conduziram testes de alta pressão neste mineral e experimentaram diferentes composições. Os pesquisadores começaram prendendo um pequeno espécime entre duas pontas de diamante e usando um dispositivo especial para pressioná-los juntos. Isso sujeitou a amostra a pressão extremamente alta, semelhante ao encontrado no manto inferior.

p Os pesquisadores então direcionaram um feixe de laser para a amostra e mediram o espectro de onda da luz dispersa do outro lado. Usando os deslocamentos no espectro de ondas, eles foram capazes de determinar a elasticidade do mineral em diferentes pressões. "Demorou muito para concluir as medições, "Murakami relata." Uma vez que quanto mais ferro o bridgmanite contém, menos permeável à luz ele se torna, precisávamos de até quinze dias para concluir cada medição individual. "

p Silício descoberto

p Murakami então usou os valores de medição para modelar a composição que melhor se correlaciona com a dispersão das ondas sísmicas. Os resultados confirmam sua teoria de que a composição do manto inferior difere da do manto superior. "Estimamos que a bridgmanita constitui 88 a 93 por cento do manto inferior, "Murakami diz, "o que dá a esta região uma razão magnésio-silício de aproximadamente 1,1." A hipótese de Murakami resolve o mistério da falta de silício.

p Mas suas descobertas levantam novas questões. Sabemos, por exemplo, que dentro de certas zonas de subducção, a crosta terrestre é empurrada profundamente para o manto - às vezes até mesmo até a borda do núcleo. Isso significa que os mantos superior e inferior não são, na verdade, entidades separadas hermeticamente. Como as duas áreas interagem e exatamente como a dinâmica do funcionamento do interior da Terra para produzir regiões quimicamente diferentes do manto ainda está para ser visto.