Um relógio nas rochas:o que os raios cósmicos nos dizem sobre as mudanças na superfície e no clima da Terra
Crédito:Pixabay/CC0 Domínio Público Com que frequência as montanhas desabam, os vulcões entram em erupção ou as camadas de gelo derretem?
Para os cientistas da Terra, estas são questões importantes à medida que tentamos melhorar as projecções para preparar as comunidades para eventos perigosos no futuro.
Contamos com medições instrumentais, mas esses registros costumam ser curtos. Para estendê-los, usamos arquivos geológicos. E no centro desta investigação está a geocronologia – um conjunto de ferramentas de métodos de datação geológica que nos permite atribuir idades absolutas às rochas.
Nos últimos anos, temos utilizado uma técnica de última geração conhecida como datação por exposição cosmogênica de superfície, que nos permite quantificar o tempo que uma rocha passou na superfície, exposta a sinais do espaço sideral.
Usando raios cósmicos como relógio
A Terra é constantemente bombardeada por partículas carregadas de alta energia, conhecidas como raios cósmicos, vindas das profundezas da nossa galáxia. A maioria é interceptada pelo campo magnético e pela atmosfera da Terra. Mas alguns têm energia suficiente para alcançar a superfície da Terra.
Com o impacto, eles quebram átomos de elementos comuns na crosta terrestre, como o silício e o oxigênio, para criar novos elementos raros conhecidos como nuclídeos cosmogênicos.
A presença de nuclídeos cosmogênicos em rochas e sedimentos na superfície da Terra é um claro indicador da exposição atmosférica. A sua abundância diz-nos há quanto tempo a rocha está exposta.
Os raios cósmicos foram descobertos pela primeira vez no início de 1900, mas demorou quase um século até que aceleradores de partículas suficientemente sensíveis se tornassem disponíveis para contar com precisão o pequeno número de átomos raros produzidos quando atingiram a Terra.
Hoje, a datação por exposição cosmogênica à superfície representa uma técnica primária para quantificar as taxas e datas de vários processos na superfície da Terra.
Cronômetro do colapso da montanha
No sudeste de Fiordland, o deslizamento de terra de Green Lake é um dos maiores deslizamentos de terra da Terra. Seu grande tamanho é especialmente incomum dada a estatura relativamente pequena das montanhas de onde veio.
Pesquisas anteriores sugeriram que o deslizamento de terra foi induzido pelo recuo de uma grande geleira que anteriormente sustentava a encosta da montanha.
Dado o recuo glacial em curso hoje, procuramos testar esta hipótese coletando pedras na superfície do deslizamento de Green Lake. Estas rochas já haviam sido protegidas dos raios cósmicos no interior da montanha antes de serem expostas pelo deslizamento de terra.
Nossas medições produziram uma idade de exposição de cerca de 15.500 anos, o que é 3.000 a 4.000 anos posterior ao fim da última era glacial nos Alpes do Sul. A partir deste resultado, concluímos que é improvável que o degelo tenha sido a principal causa deste espetacular colapso da montanha. Em vez disso, as nossas descobertas apontam para um terramoto extremamente grande como o gatilho mais provável.
Com que frequência os vulcões emitem lava?
Erupções vulcânicas efusivas (produtoras de lava) construíram o grande cone do Monte Ruapehu, a montanha mais alta da Ilha Norte.
Apesar de alguns episódios explosivos durante o século XX, não há registo observacional de erupções que produzam fluxos de lava. Futuros eventos efusivos poderão remodelar fundamentalmente o cone vulcânico, com potenciais implicações para a infra-estrutura local.
Mas com que frequência essas erupções acontecem?
Apoiados pelo desafio científico nacional Resilience to Nature, testamos se a datação cosmogênica poderia nos ajudar a determinar intervalos de recorrência de erupções produtoras de lava no Monte Ruapehu nos últimos 20.000 anos.
Encontramos a lava ejetada da montanha em aglomerados de atividade eruptiva que podem durar milênios. Os dados cosmogênicos também forneceram datas mais precisas para erupções pré-históricas recentes, em comparação com aquelas produzidas por outras técnicas comuns de datação vulcânica, como métodos paleomagnéticos e radiométricos.
Rastreando o derretimento do gelo
Antes das medições de nuclídeos cosmogênicos, os geólogos glaciais que tentavam determinar a idade dos sedimentos contavam com descobertas fortuitas de material vegetal fóssil para datação por radiocarbono. Nas regiões alpinas e polares, onde está a maioria das geleiras, essa matéria raramente está disponível.
Os nuclídeos cosmogênicos resolvem esse problema à medida que as geleiras extraem rochas de sua base e as transportam para a superfície, onde repousam nas encostas das colinas e nas morenas e começam a acumular seu sinal cósmico.
Com o apoio da Plataforma Científica Antártica da Nova Zelândia, aplicamos esta técnica para reconstruir a evolução recente do Glaciar Byrd – uma grande saída da camada de gelo da Antártica Oriental.
Pedras glaciais, transportadas do interior da Antártica e depositadas nas encostas de ambos os lados da geleira, rastreiam a altura da geleira no passado.
O nosso estudo mostra que o glaciar diminuiu pelo menos 200 metros há cerca de 7.000 anos, durante um intervalo de relativa estabilidade climática global. Estes resultados fornecem informações tridimensionais raras que podem ser usadas para avaliar modelos de computador usados para simular mudanças passadas, presentes e futuras nas camadas de gelo.
A subida do nível do mar é um dos maiores desafios que a civilização enfrenta neste século. Contudo, a resposta incerta das camadas de gelo às alterações climáticas dificulta atualmente as projeções.
Especialistas em nuclídeos cosmogênicos estão agora tentando ambiciosamente recuperar amostras de rochas abaixo de porções sensíveis dos atuais mantos de gelo. Testá-los em busca de sinais cósmicos produzirá informações importantes sobre o potencial de derretimento futuro das camadas de gelo.
