Em um estudo que dá um novo significado ao termo "fundo do poço, "pesquisadores sísmicos descobriram a parte inferior de uma laje rochosa da camada superficial da Terra, ou litosfera, que foi puxado para mais de 400 milhas abaixo do nordeste da China pelo processo de subducção tectônica.

O estudo, publicado por uma equipe de pesquisadores chineses e americanos em Nature Geoscience , oferece novas evidências sobre o que acontece com as placas tectônicas oceânicas ricas em água à medida que são atraídas pelo manto da Terra sob os continentes.

Fenglin Niu, sismologista da Rice University, um co-autor correspondente, disse que o estudo fornece as primeiras imagens sísmicas de alta resolução dos limites superior e inferior de uma rocha, ou litosférico, placa tectônica dentro de uma região chave conhecida como zona de transição do manto, que começa cerca de 254 milhas (410 quilômetros) abaixo da superfície da Terra e se estende por cerca de 410 milhas (660 quilômetros).

“Muitos estudos sugerem que a laje realmente se deforma muito na zona de transição do manto, que fica macio, então é facilmente deformado, "Niu disse. O quanto a placa deforma ou mantém sua forma é importante para explicar se e como ela se mistura com o manto e que tipo de efeito de resfriamento tem.

O manto da Terra convecta como o calor em um forno. O calor do núcleo da Terra sobe através do manto no centro dos oceanos, onde as placas tectônicas se formam. De lá, o calor flui através do manto, resfriando à medida que se move em direção aos continentes, onde cai de volta para o núcleo para coletar mais calor, subir e completar o círculo convectivo.

Estudos anteriores investigaram os limites das lajes subduzidas no manto, mas poucos olharam mais fundo do que 125 milhas (200 quilômetros) e nenhum com a resolução do estudo atual, que usou mais de 67, 000 medições coletadas de 313 estações sísmicas regionais no nordeste da China. Aquele trabalho, que foi feito em colaboração com a Administração do Terremoto da China, foi liderado pelo autor co-correspondente Qi-Fu Chen da Academia Chinesa de Ciências.

A pesquisa investiga questões fundamentais sobre os processos que moldaram a superfície da Terra ao longo de bilhões de anos. A convecção do manto impulsiona os movimentos das placas tectônicas da Terra, peças rígidas e interligadas da superfície da Terra que estão em movimento constante enquanto flutuam no topo da astenosfera, a camada superior do manto e a parte mais fluida do planeta interior.

Onde as placas tectônicas se encontram, eles se acotovelam e moem juntos, liberando energia sísmica. Em casos extremos, isso pode causar terremotos e tsunamis destrutivos, mas a maior parte do movimento sísmico é muito tênue para os humanos sentirem sem instrumentos. Usando sismômetros, os cientistas podem medir a magnitude e a localização dos distúrbios sísmicos. E porque as ondas sísmicas aumentam em alguns tipos de rocha e lentas em outros, os cientistas podem usá-los para criar imagens do interior da Terra, da mesma forma que um médico pode usar o ultrassom para obter uma imagem do que está dentro de um paciente.

Niu, um professor da Terra, ciências ambientais e planetárias na Rice, está na vanguarda da geração de imagens sísmicas há mais de duas décadas. Quando ele fez seu Ph.D. treinando no Japão há mais de 20 anos, pesquisadores estavam usando redes densas de estações sísmicas para reunir algumas das primeiras imagens detalhadas dos limites da laje submersa da placa do Pacífico, a mesma placa que foi fotografada no estudo publicado esta semana.

"O Japão está localizado onde a placa do Pacífico atinge profundidades de cerca de 100 quilômetros, "Niu disse." Há muita água nesta laje, e produz muita fusão parcial. Isso produz vulcões de arco que ajudaram a criar o Japão. Mas, ainda estamos debatendo se essa água é totalmente liberada naquela profundidade. Há evidências crescentes de que uma porção da água permanece dentro da placa para ir muito, muito mais profundo. "

O nordeste da China oferece um dos melhores pontos de vista para investigar se isso é verdade. A região é cerca de 1, 000 quilômetros da trincheira do Japão, onde a placa do Pacífico começa seu mergulho de volta ao interior do planeta. Em 2009, com financiamento da National Science Foundation e outros, Niu e cientistas da Universidade do Texas em Austin, a Administração do Terremoto da China, o Instituto de Pesquisa de Terremotos da Universidade de Tóquio e o Centro de Pesquisa para Previsão de Terremotos e Erupções Vulcânicas da Universidade Tohoku do Japão começaram a instalar sismômetros de banda larga na região.

"Colocamos 140 estações lá, e, claro, quanto mais estações, melhor para resolução, "Niu disse." A Academia Chinesa de Ciências colocou estações adicionais para que eles possam obter um melhor, imagem mais detalhada. "

No novo estudo, dados das estações revelaram os limites superior e inferior da placa do Pacífico, mergulhando em um ângulo de 25 graus dentro da zona de transição do manto. A colocação dentro desta zona é importante para o estudo da convecção do manto porque a zona de transição está abaixo da astenosfera, em profundidades onde o aumento da pressão faz com que minerais específicos do manto sofram mudanças dramáticas de fase. Essas fases dos minerais se comportam de maneira muito diferente nos perfis sísmicos, assim como a água líquida e o gelo sólido se comportam de maneira muito diferente, embora sejam feitos de moléculas idênticas. Como as mudanças de fase na zona de transição do manto acontecem em pressões e temperaturas específicas, os geocientistas podem usá-los como um termômetro para medir a temperatura no manto.

Niu disse que o fato de a parte superior e inferior da laje serem visíveis é uma evidência de que a laje não se misturou completamente com o manto circundante. Ele disse que as assinaturas de calor de partes parcialmente derretidas do manto abaixo da placa também fornecem evidências indiretas de que a placa transportou parte de sua água para a zona de transição.

"O problema é explicar como esses materiais quentes podem ser jogados na parte mais profunda do manto, "Niu disse." Ainda é uma pergunta. Porque eles são quentes, eles são flutuantes. "

Essa flutuabilidade deve agir como um colete salva-vidas, empurrando para cima na parte inferior da laje de afundamento. Niu disse que a resposta a esta pergunta pode ser que os buracos apareceram na placa deformada, permitindo que o hot melt suba enquanto a placa afunda.

"Se você tem um buraco, o derretimento vai sair, "disse ele." É por isso que pensamos que a laje pode ir mais fundo. "

Buracos também podem explicar o aparecimento de vulcões como o Changbaishan na fronteira entre a China e a Coreia do Norte.

"É 1, 000 quilômetros de distância do limite da placa, "Niu disse." Nós realmente não entendemos o mecanismo desse tipo de vulcão. Mas o derretimento saindo de buracos na laje pode ser uma explicação possível. "