O centro da Terra fica a cerca de 6.400 quilômetros
sob nossos pés – mas o que existe abaixo da crosta externa e do núcleo
interno?
Nosso planeta tem camadas como uma cebola. (Crédito da imagem: Rost-9D/Getty Images)
O centro da Terra está a quase 6.400 quilômetros abaixo de nossos
pés. Para colocar isso em contexto, a profundidade mais profunda já
perfurada pelo homem foi de 12,2 km de profundidade, e os geólogos
levaram quase 20 anos para chegar tão longe, de acordo com a Smithsonian Magazine .
Felizmente,
os cientistas não precisam cavar dentro do nosso planeta para
estudá-lo. Ao medir as ondas sísmicas que viajam pela Terra, os
investigadores desenvolveram uma compreensão sólida da sua estrutura
interna básica. Então, o que há dentro da Terra ?
O
planeta Terra é amplamente composto por crosta, manto e núcleo. A
crosta hospeda toda a vida conhecida, mas é apenas o invólucro exterior
da Terra, representando apenas 1% do volume total do planeta. O manto,
ou camada intermediária, representa 84% do volume da Terra, e a camada
mais interna, o núcleo, representa os 15% finais, de acordo com a Universidade de Illinois Urbana-Champaign .
A crosta
A crosta oceânica da Terra é composta principalmente de rocha basáltica. (Crédito da imagem: guenteguni/Getty Images)
A
crosta é dividida em crosta oceânica e crosta continental. A crosta
oceânica tem 5 a 10 km de espessura e está localizada abaixo dos
oceanos, enquanto a crosta continental tem até 80 km de espessura, de
acordo com o projeto Seismin da University College London.
A
crosta oceânica é composta principalmente de rocha basáltica e é mais
densa que a crosta continental, que é em grande parte granítica.
Assim, quando uma placa oceânica colide com uma placa continental, a
crosta oceânica mais densa viaja abaixo da crosta continental, de acordo
com o site irmão da WordsSideKick.com, Space.com . Este processo leva muito tempo, mas acaba por enviar a crosta oceânica para o manto a uma taxa de 2 a 8 centímetros (1 a 3 polegadas) por ano, de acordo com o Serviço Geológico dos EUA.
O manto
O manto não é líquido, mas é menos rígido do que o afundamento da crosta oceânica, disse Sunyoung Park
, professor assistente que estuda a estrutura interna da Terra na
Universidade de Chicago, ao Live Science. “Em escalas de tempo
geológicas, ele está quase agindo como um fluido, embora seja uma rocha
sólida”, disse ela.
O manto é composto de diferentes minerais, mas a bridgmanita é provavelmente o mais abundante, observou Park.
Esta
parte da Terra atinge uma profundidade de cerca de 2.900 km, de acordo
com o projeto Seismin, e há um manto superior e um manto inferior. A
temperatura interna da Terra aumenta entre o limite do manto superior e a
parte inferior do manto inferior, variando de cerca de 1.800 a 6.700
graus Fahrenheit (1.000 a 3.700 graus Celsius), de acordo com Space.com.
O núcleo
O núcleo da Terra dá ao planeta seu campo magnético. (Crédito da imagem: Shutterstock)
Um
mar de ferro fundido e níquel com 2.300 km de espessura marca o início
do núcleo da Terra. Este mar líquido, conhecido como núcleo externo,
envolve uma bola de ferro predominantemente sólida – com cerca de 2.440
km de largura – chamada núcleo interno. O núcleo externo de ferro
líquido gira em torno do núcleo interno, dando à Terra seu campo magnético .
O
nosso planeta formou-se há cerca de 4,6 mil milhões de anos e, à medida
que arrefeceu, elementos mais pesados, como o ferro e o níquel,
migraram para dentro para criar o núcleo. O interior da Terra ainda
está esfriando e, ao mesmo tempo, o núcleo interno continua a se formar,
disse Park.
“Assim
como a água se transforma em gelo, o ferro está se solidificando e se
tornando [o] núcleo interno, então [o] núcleo interno está realmente
crescendo”, disse Park. Mas está crescendo mais lentamente do que uma
unha humana, acrescentou ela.
O núcleo interno tem cerca de 9.400
F (5.200 C) – quase tão quente quanto a superfície do Sol – mas uma
tremenda pressão o mantém praticamente sólido. Dentro do núcleo interno
está o núcleo mais interno, uma bola de metal sólido com 725 km de
largura.
Translator
Fontes de diamantes que irrompem do centro da Terra estão revelando a história perdida dos supercontinentes
Os diamantes parecem atingir a superfície da Terra
em enormes erupções vulcânicas quando os supercontinentes se rompem e se
formam quando os continentes se unem.
Os diamantes surgem na superfície do planeta
quando os supercontinentes se desintegram. Estudar essas joias
brilhantes pode revelar segredos sobre a profunda história do nosso
planeta. (Crédito da imagem: Rory McNicol para Live Science)
No crepúsculo do Cretáceo, há 86 milhões de anos, uma fissura
vulcânica no que hoje é a África do Sul ganhou vida. Abaixo da
superfície, o magma proveniente de centenas de quilômetros de
profundidade disparou para cima tão rapidamente como um carro na autoestrada – se esse carro estivesse a atravessar rocha sólida –
mastigando rochas e minerais e transportando-os para a superfície numa
avalanche inversa.
A aparência disso na superfície se perdeu na
história, mas pode ter sido tão dramática quanto a erupção do Monte
Vesúvio. O que deixou para trás foi uma série de tubos cheios de rochas
ígneas em forma de cenoura sob colinas brancas baixas e desgastadas
pelo tempo.
Em
1869, a descoberta por um pastor de uma rocha enorme e brilhante na
margem de um rio próximo catapultaria esta paisagem despretensiosa para a
infâmia. A rocha era um enorme diamante que viria a ser conhecido como
a Estrela de África, e as colinas brancas escondiam o que se tornaria a
Mina Kimberley, o epicentro da corrida aos diamantes na África do Sul e
possivelmente o maior buraco na Terra alguma vez escavado à mão.
Graças à Mina Kimberley, muitas vezes chamada de “The Big Hole”, as formações onde os diamantes são encontrados são agora conhecidas como kimberlitos. As formações estão espalhadas por todo o mundo, da Ucrânia à Sibéria e à Austrália Ocidental
, mas são relativamente pequenas e raras. O que os torna especiais é
que seus magmas vêm das profundezas. Ainda há dúvidas sobre a
profundidade exata, mas sabe-se que surgem abaixo das bases dos
continentes, na fronteira do manto quente e em convecção. Alguns podem
originar-se ainda mais profundamente, na transição entre o manto
superior e inferior.
Em
1869, um pastor na África do Sul descobriu um diamante gigante nas
colinas e nasceu a Mina Kimberley. Desde então, a mina foi fechada e o
“grande buraco”, possivelmente o maior buraco já cavado à mão, está
cheio de água. (Crédito da imagem: Hans Zúñiga Rojas via Getty Images)
Como
tal, estes magmas exploram rochas muito profundas e muito antigas e
interagem com outros processos que ocorrem apenas nas profundezas da
Terra – nomeadamente, a formação de diamantes. Para cristalizar o
carbono antigo em diamante duro e brilhante, é necessária uma grande
pressão, por isso estas gemas formam-se pelo menos 150 quilômetros
abaixo, nas camadas mais profundas da litosfera, o termo científico para
a crosta e o manto superior relativamente rígido. Alguns, conhecidos
como diamantes sublitosféricos, formam-se ainda mais profundamente, até
cerca de 700 km. Os kimberlitos, nas suas viagens eruptivas até à
superfície, capturam diamantes e arrastam-nos para a crosta superior,
entregando-os relativamente ilesos e por vezes até contendo bolsas de
fluido do próprio manto.
Os investigadores sabem há muito tempo
que, à medida que as placas tectônicas se movem umas sobre as outras,
arrastam o carbono da superfície para profundezas onde pode
cristalizar-se em diamante. Agora, eles estão começando a perceber que o
que desce deve (às vezes) subir, e que esse reaparecimento do carbono –
agora comprimido em gemas brilhantes – também está ligado aos
movimentos das placas tectônicas. Em particular, os diamantes parecem
explodir quando os supercontinentes se desintegram.
"Embora estes
sejam processos diferentes, juntos os diamantes e o kimberlito podem
nos informar sobre o ciclo de vida dos tempos dos supercontinentes",
disse Suzette Timmerman , geóloga da Universidade de Berna, na Suíça, que estuda diamantes.
Vindo à superfície
Ninguém
jamais viu uma erupção de kimberlito em primeira mão. Houve muito
poucas nos últimos 50 milhões de anos, e a erupção mais recente
possível, nas colinas Igwisi, na Tanzânia, ocorreu há mais de 10 mil
anos. Não só isso, mas o principal material do kimberlito, o mineral
olivina, desaparece rapidamente na superfície, disse Hugo Olierook , pesquisador da Universidade Curtin, na Austrália.
Isso
torna o estudo dos kimberlitos um desafio. Os cientistas estão
perplexos, por exemplo, sobre a química da fonte original da rocha
derretida no manto, bem como sobre como os kimberlitos conseguem
perfurar os núcleos estáveis do que os geocientistas chamam de
"cratons" - as partes espessas do interior dos continentes que
geralmente resistem à interrupção.
Vários estudos recentes estão
esboçando uma nova explicação para por que isso acontece. A primeira
pista é o tempo. Há muito se observa que os pulsos de atividade do
kimberlito parecem corresponder ao momento aproximado da ruptura dos
supercontinentes, disse Kelly Russell , vulcanologista da Universidade da Colúmbia Britânica, no Canadá. Um estudo de 2018 liderado por Sebastian Tappe
, geocientista da Universidade Ártica da Noruega, analisou globalmente
esta coincidência de tempo e descobriu que: houve um aumento nas
erupções de kimberlitos em torno da ruptura do supercontinente Nuna há
cerca de 1,2 mil milhões de anos. há 1 bilhão de anos atrás.
Outro
pulso ocorreu entre 600 milhões e 500 milhões de anos atrás,
coincidindo com a ruptura do supercontinente Rodínia, de acordo com a
pesquisa de 2018, seguido por um pulso menor entre 400 milhões e 350
milhões de anos atrás. Mas o período mais prolífico, responsável por
62,5% de todos os kimberlitos conhecidos, ocorreu entre 250 milhões e 50
milhões de anos atrás. Esse intervalo coincide com a dissolução do
supercontinente Pangeia . Para alguns investigadores, isto sugere que os ciclos dos supercontinentes são cruciais para as erupções dos kimberlitos.
“A
divisão desses continentes é fundamental para extrair esses diamantes
dessas profundezas profundas”, disse Olierook ao WordsSideKick.com.
Olierook
e a sua equipa analisaram recentemente as idades de diamantes
cor-de-rosa incomuns de uma formação no oeste da Austrália e descobriram
que provavelmente vieram à superfície há cerca de 1,3 mil milhões de
anos, dentro da janela de ruptura de Nuna . A nova descoberta liga os diamantes à extensão da crosta continental, disse Olierook.
“São essas forças extensionais que permitem que esses pequenos bolsões de magma profundo cheguem ao topo”, disse ele.
A marcha dos kimberlitos
Os
kimberlitos se formam na base dos continentes e, à medida que sobem
rapidamente, capturam diamantes formados mais profundamente e os
arrastam para a superfície através de tubos de kimberlito. (Crédito da imagem: Rory McNicol para Live Science)
A
questão complicada, porém, é como isso acontece. Para obter um
kimberlito, existem dois ingredientes principais: rocha profunda e
derretida, rica em fluidos, e uma ruptura continental que pode trazer
esse derretimento à superfície. Ninguém sabe o que causa a formação do
derretimento do kimberlito, mas a química dos kimberlitos é muito
diferente daquela da rocha do manto a partir da qual ele derrete. Os
kimberlitos também são ricos em voláteis, como água e dióxido de
carbono, o que os torna tão flutuantes e de alta velocidade. Eles
atravessam a crosta como champanhe passando por uma garrafa aberta,
subindo a até 134 km/h. Para efeito de comparação, os magmas que fluem
dos vulcões em lugares como o Havaí atingem um máximo de cerca de 21,7
km/h.
Um estudo de agosto de 2023 usou modelagem computacional para descobrir como os kimberlitos podem explodir no coração dos continentes
. Os investigadores descobriram que o processo de rifteamento, no
qual a crosta continental se separa, foi fundamental. O alongamento
cria picos e vales tanto na superfície como na base do continente. Na
base, essas bordas irregulares permitem que os materiais quentes do
manto subam, e depois esfriem e caiam, criando redemoinhos. Esses
redemoinhos misturam materiais da base dos continentes, formando os
kimberlitos espumosos e flutuantes, que podem então disparar em direção à
superfície, carregando quaisquer diamantes que possam encontrar ao
subir.
Este processo começou exatamente onde o continente estava
se dividindo, mas a modelagem mostrou que essas regiões irregulares de
formação de redemoinhos desestabilizaram áreas vizinhas no cráton,
criando a mesma dinâmica cada vez mais perto do interior continental. O
resultado foi um padrão de erupções de kimberlitos começando perto da
zona do rift, mas marchando gradualmente para áreas de crosta estável.
Esta marcha lenta explica por que os pulsos de kimberlito não atingem o
pico até um pouco depois do início de uma grande ruptura, disse Thomas Gernon , geólogo da Universidade de Southampton, no Reino Unido, que liderou o estudo.
“Você
verá que esses picos de kimberlitos parecem acontecer depois que
grandes supercontinentes se romperam”, disse ele. "Mas não é apenas uma
coisa de um só golpe; é algo que pode durar muito tempo após a ruptura
dos supercontinentes."
As
instabilidades formam-se nas bordas dos continentes, mas migram em
direção aos corações dos “cratões” ao longo de milhões de anos. (Crédito da imagem: Rory McNicol for Live Science, adaptado de Gernon et al, 2023.)
Os
kimberlitos podem ser bastante comuns nas bases dos continentes, disse
Tappe, cujo estudo de 2018 sobre kimberlitos e rupturas de
supercontinentes chegou a conclusões semelhantes às de Gernon. Tappe e a
sua equipa descobriram que estes derretimentos podem ter sido
particularmente proeminentes durante a dissolução da Pangéia, porque o
manto, que tem vindo a arrefecer lentamente desde a solidificação da
Terra, atingiu a temperatura certa há cerca de 250 milhões de anos para
dominar os derretimentos do tipo kimberlito. Antes desse período, as
rochas daquela região podem ter sido demasiado quentes para obterem
aquela combinação de material fundido e volátil que torna os kimberlitos
tão eruptivos. Esta pode ser uma das razões pelas quais a maioria das
minas de diamantes de kimberlito datam da dissolução da Pangéia.
Mensagens em um diamante
Como
atestam as colinas brancas e opacas que outrora cobriram a Mina
Kimberley, os próprios kimberlitos não podem dizer muito sobre o manto
onde se originaram. Eles desaparecem em poucos anos, perdendo muito do
que os torna interessantes em nível químico. No entanto, os diamantes
transportados dentro dos kimberlitos são uma história diferente. Eles
têm suas próprias histórias de formação que não coincidem com a formação
do próprio magma kimberlito. Mas os seus encontros casuais a centenas
de quilómetros abaixo da superfície significam que pedaços do manto que
de outra forma nunca veriam a luz do dia podem chegar às mãos humanas.
Esses
pedaços são bolsas microscópicas de fluido da época em que os diamantes
se formaram. Muitas dessas “inclusões” datam de centenas de milhões
de anos, enquanto alguns espécimes contam com idades na casa dos bilhões
. Além disso, alguns desses diamantes formam-se muito profundamente
no manto, de modo que certas pedras podem transportar materiais desde a
fronteira entre o manto e o núcleo.
"Apenas em kimberlitos
podemos ver amostras provenientes de 400 quilómetros [250 milhas], até
2.000 quilómetros [1.200 milhas]", disse Maya Kopylova, professora de exploração de diamantes na Universidade da Colúmbia Britânica. "Nenhum outro magma na Terra faz isso."
O
diamante bruto Cullinan, o maior diamante bruto com qualidade de gema
conhecido, foi extraído da mina Kimberley em 1905. Diamantes como esses
podem vir das profundezas da Terra e revelar bilhões de anos da história
do planeta. (Crédito da imagem: Domínio Público)
Embora
a erupção dos diamantes possa traçar uma história de ruptura de
supercontinentes, a sua formação também pode fornecer uma pista sobre
como os continentes se unem. Num estudo publicado em outubro de 2023
na revista Nature
, Timmerman estudou diamantes do Brasil e da Guiné que se formaram
entre 186 e 434 milhas de profundidade (300 a 700 km). Ao datar
inclusões fluidas nos diamantes, Timmerman e os seus colegas estimaram
que os diamantes se formaram há cerca de 650 milhões de anos, quando o
supercontinente Gondwana estava a formar-se. Os diamantes
provavelmente aderiram à base do continente e permaneceram lá por
milênios até que Gondwana se desfez durante o período Cretáceo e os
kimberlitos os trouxeram à superfície, disse Timmerman à
WordsSideKick.com.
O que é importante sobre estes diamantes
superprofundos, disse Timmerman, é que eles ajudam a explicar como os
continentes crescem. Os supercontinentes são construídos quando a
crosta oceânica passa por baixo da crosta continental. Este processo,
denominado subducção, aproxima dois continentes em lados opostos de um
oceano. Essa mesma subducção leva o carbono às profundezas, onde pode
ser comprimido em diamante.
No manto, pedaços dessas placas em
subducção podem tornar-se flutuantes e subir de volta, carregando
consigo diamantes superprofundos, explicou Timmerman. Este material
pode aderir às bases dos continentes durante milénios, ajudando-os a
crescer a partir de baixo. Também pode explicar como os diamantes
superprofundos pousam em um local onde um kimberlito pode capturá-los.
“Os
diamantes profundos podem nos informar mais sobre os processos de
subducção, convecção do manto, interações líquido-rocha e outros
processos que acontecem abaixo da crosta durante os ciclos dos
supercontinentes”, disse Timmerman.
Há muitas outras perguntas a
serem respondidas, acrescentou ela. Por exemplo, os cientistas ainda
não sabem como as placas subduzidas alteram as bases dos
supercontinentes e se isso afeta quanto tempo dura um supercontinente
antes de se romper. Outra questão em aberto é se este material crustal
reciclado influencia quando e onde os magmas kimberlitos se formam.
Os diamantes antigos também podem nos contar sobre outros marcos na história caótica da Terra.
Alguns
diamantes são forjados a partir do carbono que foi incorporado à Terra
após sua formação, disse Olierook, enquanto outros se formam a partir do
carbono da vida antiga, arrastado junto com placas de crosta subduzida.
É possível saber qual processo formou os diamantes analisando a
estrutura molecular do carbono nas inclusões de diamante. Estas
inclusões podem, portanto, guardar segredos sobre números nebulosos na
história da Terra, como quando começou a subducção generalizada ou
quando a vida nos oceanos se tornou predominante.
Mas, para obter
essas respostas, os pesquisadores precisarão descobrir melhor a idade
dos diamantes. E eles precisarão de mais diamantes que sejam antigos e
das profundezas mais profundas.
"Voltando no tempo, desde a
ruptura mais recente do supercontinente até as anteriores", disse
Olierook, "suspeito fortemente que ainda há muito a ser descoberto."
