O entendimento atual éque a composição química do manto da Terra érelativamente homogaªnea. Mas experimentos conduzidos por pesquisadores da ETH agora mostram que essa visão émuito simplista. Seus resultados resolvem um problema importante enfrentado pelas geociências - e levantam algumas novas questões.

Existem lugares que sempre estara£o fora do nosso alcance. O interior da Terra éum deles. Mas temos maneiras de obter uma compreensão deste mundo desconhecido. Ondas sa­smicas, por exemplo, nos permitem colocar restrições importantes sobre a estrutura do nosso planeta e as propriedades físicas dos materiais escondidos nas profundezas dele. Depois, hás rochas vulcânica s que emergem em alguns lugares dasuperfÍcie 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.

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

Abaixo da crosta terrestre, que tem apenas alguns quila´metros de espessura, estãoseu manto. Tambanãm feito de rocha, ele envolve o núcleo do planeta, que comea§a cerca de 2.900 quila´metros abaixo de nós. Graças aos sinais sa­smicos, sabemos que ocorre uma mudança drama¡tica no manto a uma profundidade de cerca de 660 quila´metros: éaqui que o manto superior encontra o manto inferior e as propriedades meca¢nicas da rocha comea§am a diferir, razãopela qual a velocidade de propagação de ondas sa­smicas muda dramaticamente nesta fronteira.

O que não estãoclaro ése esta éapenas 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 écomposto de forma relativamente consistente de rocha rica em magnanãsio, que por sua vez tem uma composição semelhante a  da rocha peridota­tica encontrada nasuperfÍcie da Terra. Esses enviados do manto superior , que chegam a superfÍcie da Terra por meio de eventos como erupções vulcânica s, exibem uma relação magnanãsio-sila­cio de ~ 1,3.

“A presunção de que a composição do manto terrestre émais ou menos homogaªnea se baseia em uma hipa³tese relativamente simples”, explica Murakami. "Ou seja, as poderosas correntes de convecção dentro do manto, que também impulsionam o movimento das placas tecta´nicas nasuperfÍcie da Terra, estãoconstantemente se misturando. Mas épossí­vel que essa visão seja muito simplista."

Realmente háuma falha fundamental nessa hipa³tese. a‰ geralmente aceito que a Terra foi formada hácerca de 4,5 bilhaµes de anos por meio do acaºmulo 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 aconteceu como parte de uma segunda etapa.

Deixando de lado o ferro e o na­quel, que agora fazem parte do núcleo do planeta, torna-se aparente que o manto deveria conter mais sila­cio do que a rocha peridota­tica. Com base nesses ca¡lculos, o manto deve ter uma relação magnanãsio-sila­cio mais próxima de ~ 1 em vez de ~ 1,3.

Isso leva os geocientistas a fazer a seguinte pergunta: onde estãoo sila­cio que falta? E háuma resposta a³bvia: o manto da Terra contanãm tão pouco sila­cio porque estãono centro da Terra. Mas Murakami chega a uma conclusão diferente, ou seja, que o sila­cio estãono manto inferior. Isso significaria que a composição do manto inferior difere da do manto superior.

A hipa³tese de Murakami da¡ algumas voltas e mais voltas: primeiro, já sabemos precisamente com que velocidade as ondas sa­smicas viajam atravanãs do manto. Em segundo lugar, experimentos de laboratório mostram que o manto inferior éfeito principalmente do mineral silicioso bridgmanita e do mineral ferropericlase rico em magnanãsio. Terceiro, sabemos que a velocidade com que as ondas sa­smicas viajam depende da elasticidade dos minerais que constituem a rocha. Portanto, se as propriedades ela¡sticas dos dois minerais são conhecidas, épossí­vel calcular as proporções de cada mineral necessa¡rias para se correlacionar com a velocidade observada das ondas sa­smicas. a‰ então possí­vel derivar qual deve ser a composição química do manto inferior.

Embora as propriedades ela¡sticas da ferropericlase sejam conhecidas, as da bridgmanita ainda não 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 contanãm.

Em seu laboratório, Murakami e sua equipe realizaram testes de alta pressão neste mineral e experimentaram diferentes composições. Os pesquisadores começam prendendo um pequeno espanãcime entre duas pontas de diamante e usando um dispositivo especial para pressiona¡-los juntos. Isso sujeitou o corpo de prova a uma pressão extremamente alta, semelhante a  encontrada no manto inferior.

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 pressaµes. “Demorou muito para completar as medições”, relata Murakami. "Como quanto mais ferro a bridgmanita contanãm, menos permea¡vel a  luz ela se torna, precisa¡vamos de atéquinze dias para concluir cada medição individual."

Murakami então usou os valores de medição para modelar a composição que melhor se correlaciona com a dispersão das ondas sa­smicas. Os resultados confirmam sua teoria de que a composição do manto inferior difere da do manto superior. "Estimamos que a bridgmanita compaµe 88 a 93 por cento do manto inferior", diz Murakami, "o que da¡ a esta regia£o uma razãomagnanãsio-sila­cio de aproximadamente 1,1." A hipa³tese de Murakami resolve o mistério da falta de sila­cio.

Mas suas descobertas levantam novas questões. Sabemos, por exemplo, que em certas zonas de subducção, a crosta terrestre éempurrada para o fundo do manto - a s vezes atémesmo atéa fronteira com o 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 dina¢mica do funcionamento do interior da Terra para produzir regiaµes quimicamente diferentes do manto ainda estãopara ser visto.