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Antigo pedaço do fundo do Oceano Pacífico fotografado nas profundezas da China
O estudo oferece novas evidências sobre o que acontece com as placas tectônicas oceânicas ricas em água à medida que são desenhadas através do manto da Terra sob os continentes.
Por Rice University - 16/11/2020


Imagens sísmicas no nordeste da China revelaram os limites superior (X1) e inferior (X2) de uma placa tectônica (azul) que anteriormente ficava no fundo do Oceano Pacífico e está sendo puxada para a zona de transição do manto da Terra, que fica cerca de 254-410 milhas (410-660 quilômetros) abaixo da superfície da Terra. Crédito: F. Niu / Rice University

Em um estudo que dá um novo significado ao termo "fundo do poço", pesquisadores sísmicos descobriram a parte inferior de uma placa rochosa da camada da superfície da Terra, ou litosfera, que foi puxada 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 na Nature Geoscience , oferece novas evidências sobre o que acontece com as placas tectônicas oceânicas ricas em água à medida que são desenhadas através do manto da Terra sob os continentes.

Fenglin Niu, sismologista da Universidade Rice, um co-autor correspondente, disse que o estudo fornece as primeiras imagens sísmicas de alta resolução dos limites superior e inferior de uma placa tectônica rochosa ou litosférica 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 se torna macia, por isso é facilmente deformada”, disse Niu. O quanto a placa deforma ou retém 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. A partir daí, 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.

Fenglin Niu é professor de Ciências da Terra, ambientais e planetárias
na Rice University. Crédito: Rice University

Estudos anteriores investigaram os limites da subdução de lajes 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 . Esse 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 sobre a astenosfera, a camada superior do manto e a parte mais fluida do planeta interior.
 
Onde as placas tectônicas se encontram, elas se chocam e trituram juntas, 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 como as ondas sísmicas aumentam em alguns tipos de rocha e lentas em outros, os cientistas podem usá-las para criar imagens do interior da Terra, da mesma forma que um médico pode usar o ultrassom para obter imagens do que está dentro de um paciente.

Niu, um professor de ciências terrestres, ambientais e planetárias da 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, os 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 em estudo publicado esta semana.

"O Japão está localizado onde a placa do Pacífico atinge profundidades de cerca de 100 quilômetros", disse Niu. “Há muita água nesta placa e ela produz muito derretimento 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 fica dentro do prato para ir muito, muito mais fundo. "

O nordeste da China oferece um dos melhores pontos de vista para investigar se isso é verdade. A região fica a 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, da China Earthquake Administration, do Earthquake Research Institute da Tokyo University e do Centro de Pesquisa para Previsão de Terremotos e Erupções Vulcânicas em Tohoku, no Japão A universidade começou a instalar sismômetros de banda larga na região.

"Fica a 1.000 quilômetros de distância do limite da placa ", disse Niu. "Nós realmente não entendemos o mecanismo desse tipo de vulcão. Mas o derretimento saindo de buracos na laje pode ser uma explicação possível."


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

No novo estudo, os 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 fica 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-las como um termômetro para medir a temperatura no manto.

Niu disse que o fato de que tanto a parte superior quanto a inferior da laje são visíveis é uma evidência de que a laje não se misturou completamente com o manto circundante. Ele disse que as assinaturas de calor de porções 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 nas partes mais profundas do manto", disse Niu. "Ainda é uma questão. Porque eles são quentes, eles são flutuantes."

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

"Se você tiver 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.

"Fica a 1.000 quilômetros de distância do limite da placa ", disse Niu. "Nós realmente não entendemos o mecanismo desse tipo de vulcão. Mas o derretimento saindo de buracos na laje pode ser uma explicação possível."

 

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