Vamos fazer uma viagem às profundezas da Terra, descendo através da crosta e manto quase até o centro. Usaremos ondas sísmicas para mostrar o caminho, já que elas ecoam pelo planeta após um terremoto e revelam sua estrutura interna como ondas de radar.

Perto do núcleo, existem zonas onde as ondas sísmicas se arrastam. Uma nova pesquisa da Universidade de Utah descobriu que essas zonas de velocidade ultrabaixa enigmáticas e com nomes descritivos apresentam surpreendentemente camadas. A modelagem sugere que é possível que algumas dessas zonas sejam resquícios dos processos que moldaram a Terra primitiva - resquícios de uma mistura incompleta como torrões de farinha no fundo de uma tigela de massa.

"De todas as características que conhecemos no manto profundo, as zonas de velocidade ultrabaixa representam o que é provavelmente o mais extremo", disse Michael S. Thorne, professor associado do Departamento de Geologia e Geofísica. "Na verdade, essas são algumas das características mais extremas encontradas em qualquer lugar do planeta."

O estudo foi publicado na Nature Geoscience e é financiado pela National Science Foundation.

Vamos revisar como o interior da Terra está estruturado. Vivemos na crosta, uma fina camada de rocha sólida. Entre a crosta e o núcleo de ferro-níquel no centro do planeta está o manto. Não é um oceano de lava - em vez disso, é mais como uma rocha sólida, mas quente e com uma capacidade de movimento que impulsiona as placas tectônicas na superfície.

Como podemos ter alguma ideia do que está acontecendo no manto e no núcleo? Ondas sísmicas. Conforme elas se propagam pela Terra após um terremoto, os cientistas na superfície podem medir como e quando as ondas chegam às estações de monitoramento em todo o mundo. A partir dessas medições, eles podem calcular de volta como as ondas foram refletidas e desviadas por estruturas dentro da Terra, incluindo camadas de diferentes densidades. É assim que sabemos onde estão os limites entre a crosta, o manto e o núcleo - e parcialmente como sabemos do que são feitos.

As zonas de velocidade ultrabaixa situam-se na parte inferior do manto, sobre o núcleo externo de metal líquido. Nessas áreas, as ondas sísmicas diminuem até a metade e a densidade aumenta em um terço.

Os cientistas inicialmente pensaram que essas zonas eram áreas onde o manto estava parcialmente derretido e que poderiam ser a fonte de magma para as chamadas regiões vulcânicas de "pontos quentes", como a Islândia.

"Mas a maioria das coisas que chamamos de zonas de velocidade ultrabaixa não parecem estar localizadas sob os vulcões de pontos quentes", diz Thorne, "então essa não pode ser toda a história."

Assim, Thorne, o pós-doutorado Surya Pachhai e colegas da Australian National University, Arizona State University e da University of Calgary se propuseram a explorar uma hipótese alternativa: que as zonas de velocidade ultrabaixa podem ser regiões feitas de rochas diferentes do resto do manto - e que sua composição pode remontar à Terra primitiva.

Talvez, diz Thorne, as zonas de velocidade ultrabaixa possam ser coleções de óxido de ferro, que vemos como ferrugem na superfície, mas que pode se comportar como um metal no manto profundo. Se for esse o caso, bolsões de óxido de ferro fora do núcleo podem influenciar o campo magnético da Terra, que é gerado logo abaixo.

"As propriedades físicas das zonas de velocidade ultrabaixa estão ligadas à sua origem", diz Pachhai, "que por sua vez fornece informações importantes sobre o estado térmico e químico, a evolução e a dinâmica do manto mais inferior da Terra - uma parte essencial da convecção do manto que impulsiona placas tectônicas."

Para obter uma imagem clara, os pesquisadores estudaram zonas de velocidade ultrabaixa abaixo do Mar de Coral, entre a Austrália e a Nova Zelândia. É um local ideal devido à abundância de terremotos na área, que fornecem uma imagem sísmica de alta resolução do limite núcleo-manto. A esperança era que as observações de alta resolução pudessem revelar mais sobre como as zonas de velocidade ultrabaixa são colocadas juntas.

Mas obter uma imagem sísmica de algo através de quase 1.800 quilômetros de crosta e manto não é fácil. Também nem sempre é conclusivo - uma camada espessa de material de baixa velocidade pode refletir ondas sísmicas da mesma forma que uma camada fina de material de velocidade ainda mais baixa.

Portanto, a equipe usou uma abordagem de engenharia reversa.

"Podemos criar um modelo da Terra que inclua reduções ultrabaixas na velocidade das ondas", diz Pachhai, "e depois executar uma simulação de computador que nos diga como seriam as formas de onda sísmicas se essa fosse a aparência real da Terra. Nossa o próximo passo é comparar essas gravações previstas com as gravações que realmente temos. "

Ao longo de centenas de milhares de execuções de modelo, o método, chamado de "inversão bayesiana", produz um modelo matematicamente robusto do interior com uma boa compreensão das incertezas e compensações de diferentes suposições no modelo.

Uma pergunta particular que os pesquisadores queriam responder é se existem estruturas internas, como camadas, dentro de zonas de velocidade ultrabaixa. A resposta, de acordo com os modelos, é que as camadas são altamente prováveis. Isso é muito importante, porque mostra o caminho para entender como essas zonas surgiram.

"Até onde sabemos, este é o primeiro estudo usando uma abordagem bayesiana neste nível de detalhe para investigar zonas de velocidade ultrabaixa", diz Pachhai, "e também é o primeiro estudo a demonstrar estratificação forte dentro de uma zona de velocidade ultrabaixa . "

O que significa que existem camadas prováveis?

Mais de quatro bilhões de anos atrás, enquanto o ferro denso estava afundando no centro da Terra primitiva e minerais mais leves flutuavam no manto, um objeto planetário do tamanho de Marte pode ter colidido com o planeta infantil. A colisão pode ter lançado detritos na órbita da Terra que mais tarde formariam a lua. Também aumentou significativamente a temperatura da Terra - como você pode esperar de dois planetas colidindo um com o outro.

"Como resultado, um grande corpo de material fundido, conhecido como oceano de magma, se formou", diz Pachhai. O "oceano" seria constituído de rochas, gases e cristais suspensos no magma.

O oceano teria se separado à medida que esfriava, com materiais densos afundando e se acumulando no fundo do manto.

Ao longo dos bilhões de anos seguintes, conforme o manto se agitava e se convectava, a camada densa teria sido empurrada em pequenos pedaços, aparecendo como as zonas de velocidade ultrabaixa em camadas que vemos hoje.

"Portanto, a descoberta primária e mais surpreendente é que as zonas de velocidade ultrabaixa não são homogêneas, mas contêm fortes heterogeneidades (variações estruturais e composicionais) dentro delas", diz Pachhai. "Essa descoberta muda nossa visão sobre a origem e dinâmica das zonas de velocidade ultrabaixa. Descobrimos que esse tipo de zona de velocidade ultrabaixa pode ser explicada por heterogeneidades químicas criadas no início da história da Terra e que ainda não são bem misturado após 4,5 bilhões de anos de convecção do manto. "

O estudo fornece algumas evidências das origens de algumas zonas de velocidade ultrabaixa, embora também haja evidências que sugerem origens diferentes para outras, como o derretimento da crosta do oceano que está afundando de volta no manto. Mas se pelo menos algumas zonas de velocidade ultrabaixa são sobras da Terra primitiva, elas preservam um pouco da história do planeta que de outra forma teria sido perdida.

"Portanto, nossa descoberta fornece uma ferramenta para entender o estado inicial térmico e químico do manto da Terra ", diz Pachhai, "e sua evolução a longo prazo."