Muito abaixo da superfície terrestre existem duas estruturas colossais, de origem ainda enigmática. Novas análises sismológicas estão a revelar pistas sobre a sua composição que podem obrigar a rever a forma como entendemos a dinâmica e a mistura do interior da Terra.
Como foram descobertas as Grandes Províncias de Baixa Velocidade de Cisallhamento (LLSVPs)
Na década de 1980, registos sísmicos deixaram entrever duas massas de material do tamanho de continentes, alojadas no manto terrestre a milhares de quilómetros de profundidade - uma sob o Oceano Pacífico e outra sob o continente africano.
A observação decisiva foi a forma como as ondas sísmicas se comportavam ao atravessar estas regiões: nelas, a velocidade das ondas de cisalhamento diminuía de forma acentuada. Foi esse padrão que lhes deu o nome pouco elegante, mas descritivo, de Grandes Províncias de Baixa Velocidade de Cisallhamento (LLSVPs), um sinal de que essas zonas são significativamente mais quentes do que o manto circundante.
Ouvir a Terra: o que as ondas sísmicas revelam onde os olhos não chegam
A enorme espessura de rocha entre nós e o interior profundo impede a observação directa, mas os sismólogos conseguem “ver” através do som. Sismos muito fortes fazem o planeta vibrar como um sino, enviando ondas sísmicas por todo o globo. Estações de detecção espalhadas pelo mundo registam esses sinais e, a partir deles, é possível inferir estruturas ocultas.
Como as ondas sísmicas atravessam diferentes materiais a velocidades distintas, as variações de aceleração e desaceleração ajudam a identificar a natureza das várias camadas e regiões internas. No entanto, a velocidade, por si só, não resolve a questão principal: as LLSVPs são apenas anomalias térmicas temporárias ou são corpos persistentes com composição própria?
O novo estudo: não só velocidade, mas também atenuação de energia
Um estudo conduzido por investigadores dos Países Baixos e dos Estados Unidos analisou estas estruturas com maior detalhe. Em vez de se limitar às mudanças na velocidade das ondas, como foi mais comum em trabalhos anteriores, a equipa avaliou também a atenuação - isto é, quanta energia as ondas perdem ao atravessar diferentes regiões do manto.
Para isso, os autores recorreram a dados de oscilações de toda a Terra registadas em 104 sismos do passado e construíram um modelo tridimensional detalhado do manto superior e do manto inferior, integrando a informação sobre o amortecimento/atenuação das ondas ao longo do trajecto.
LLSVPs sob África e Pacífico: a surpresa da atenuação fraca
O resultado inesperado foi que, ao atravessar as LLSVPs, as ondas sísmicas perdem muito pouca energia. Em contraste, a atenuação é muito mais forte em regiões vizinhas associadas ao chamado “cemitério” de placas tectónicas.
Segundo a autora sénior Arwen Deuss, sismóloga da Universidade de Utrecht, estas duas “ilhas” profundas estão rodeadas por material proveniente de placas que foram transportadas para o interior do planeta por subducção - o processo em que uma placa tectónica mergulha por baixo de outra e desce desde a superfície até profundidades próximas de 3 000 km.
A diferença de atenuação sugere que as LLSVPs não são apenas mais quentes: também devem ser diferentes em composição.
O papel do tamanho do grão: o que a atenuação diz sobre a microestrutura
A explicação proposta aponta para a dimensão dos grãos minerais que compõem cada região.
Deuss explica que as placas tectónicas que subductam e acabam no “cemitério” de lajes são formadas por grãos pequenos, porque recristalizam ao longo do seu percurso para o interior profundo.
- Grãos menores significam mais grãos no mesmo volume.
- Mais grãos implicam mais fronteiras entre grãos.
- Cada fronteira funciona como um local onde as ondas sísmicas perdem energia, aumentando a atenuação.
Assim, o facto de as LLSVPs apresentarem atenuação muito fraca indica que devem ser constituídas por grãos muito maiores do que os materiais do “cemitério” de placas. Isso, por sua vez, aponta para estruturas antigas e estáveis, que se mantiveram preservadas por longos períodos geológicos.
O que isto implica para a origem das LLSVPs
Uma hipótese influente sugeria que as LLSVPs poderiam ser também fragmentos de placas tectónicas antigas, até porque se encontram próximas das zonas onde material subductado se acumula. No entanto, as diferenças agora inferidas - tanto na microestrutura (tamanho do grão) como na componente térmica - tornam essa explicação menos convincente.
Este quadro dá força a uma alternativa mais ousada: as LLSVPs poderão ser remanescências do protoplaneta que colidiu com a Terra primordial há cerca de 4,5 mil milhões de anos, impacto associado ao nascimento da Lua. Se forem de facto restos desse corpo antigo, isso explicaria a sua composição distinta e a capacidade de persistirem no manto profundo durante vastíssimos intervalos de tempo.
Um manto menos “misturado” do que os manuais sugerem
Independentemente da sua origem exacta, a rigidez e a estabilidade implícitas nestas estruturas indicam que o manto pode não estar tão bem misturado como muitas descrições clássicas de convecção fazem supor.
Como refere a primeira autora, Sujania Talavera-Soza, também sismóloga em Utrecht, as LLSVPs têm de conseguir sobreviver, de alguma forma, ao movimento convectivo do manto - o que sugere a existência de heterogeneidades duradouras e resistentes à mistura.
O que pode mudar a seguir: impacto em modelos e próximos testes
Se estas “ilhas” profundas forem mesmo estáveis e composicionalmente distintas, isso pode afectar modelos de geodinâmica que procuram explicar como o calor é transportado no interior do planeta e como se organizam as correntes convectivas ao longo de milhões de anos. Uma revisão desse quadro pode, por consequência, influenciar a interpretação de fenómenos ligados ao manto profundo, como a persistência de certas províncias térmicas e a forma como o material circula entre diferentes profundidades.
Os próximos passos passam por combinar esta abordagem (que usa atenuação e não apenas velocidade) com mais registos sísmicos, modelos de maior resolução e experiências de física mineral que reproduzam as condições extremas do manto inferior. Se os padrões de atenuação forem confirmados de forma consistente, o tamanho do grão poderá tornar-se um indicador-chave para distinguir anomalias meramente térmicas de regiões verdadeiramente composicionais.
A investigação foi publicada na revista Nature.
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