Adaptado de um Comunicado de imprensa escrito por Marina Naumova para a Penn State University.
Durante milhares de milhões de anos, os continentes da Terra permaneceram notavelmente estáveis, formando a base para montanhas, ecossistemas e civilizações. Mas o segredo da sua estabilidade tem intrigado os cientistas há mais de um século. Agora, um novo estudo realizado por investigadores da Penn State e da Universidade de Columbia fornece a evidência mais clara de como as formas de relevo se tornaram e permaneceram tão estáveis – e o ingrediente principal é o calor.
Em artigo publicado em 13 de outubro na revista Geociências da Naturezaos pesquisadores –Pedro Clementegeólogo do Observatório Terrestre Lamont-Doherty, que faz parte da Columbia Climate School, e Andrew Smye, professor associado de geociências na Penn State – demonstraram que a formação de uma crosta continental estável – do tipo que dura bilhões de anos – exigia temperaturas superiores a 900 graus Celsius na crosta continental inferior do planeta. Essas altas temperaturas, disseram eles, eram essenciais para a redistribuição de elementos radioativos como o urânio e o tório. Os elementos geram calor à medida que se decompõem, de modo que, à medida que se movem da base para o topo da crosta, carregam consigo o calor e permitem que a crosta profunda esfrie e se fortaleça.
As implicações da descoberta vão além da geologia, disseram os investigadores, abrindo caminhos para aplicações modernas, como a exploração de minerais críticos – que são essenciais para tecnologias modernas como smartphones, veículos eléctricos e sistemas de energia renovável – e a procura de planetas habitáveis.
Os processos que estabilizaram a crosta terrestre também mobilizaram elementos de terras raras – lítio, estanho e tungsténio – fornecendo novas pistas sobre onde encontrá-los. Esses mesmos processos que promoveram a estabilidade da crosta continental provavelmente operarão em outros planetas semelhantes à Terra, disseram os pesquisadores, oferecendo aos cientistas planetários novos sinais para procurar vida em outros mundos.
“Continentes estáveis são um pré-requisito para a habitabilidade, mas para que ganhem essa estabilidade, têm de arrefecer”, disse Smye, o principal autor do artigo. “Para arrefecerem, têm de mover todos estes elementos que produzem calor – urânio, tório e potássio – para a superfície, porque se estes elementos permanecerem profundos, criam calor e derretem a crosta.”
A crosta continental como a conhecemos surgiu na Terra há cerca de 3 mil milhões de anos, disse ele. Antes desta época, a crosta tinha uma composição distintamente diferente da composição rica em silício da crosta moderna de hoje. Os cientistas há muito que pensam que o derretimento da crosta pré-existente é um ingrediente importante da receita que produz as placas continentais estáveis que sustentam a vida. No entanto, antes deste estudo, não se reconhecia que a crosta devia atingir temperaturas extremas para se tornar estável.
“Basicamente encontramos uma nova receita para fazer continentes: eles precisam ficar muito mais quentes do que se pensava anteriormente, cerca de 200 graus mais quentes”, disse Smye.
Pense em forjar aço, disse ele.
“O metal é aquecido até ficar macio o suficiente para poder ser moldado mecanicamente por golpes de martelo”, disse Smye. “Esse processo de deformação do metal sob temperaturas extremas realinha a estrutura do metal e remove impurezas – o que fortalece o metal, culminando na tenacidade do material que define o aço forjado. Da mesma forma, as forças tectônicas aplicadas durante a criação de cinturões de montanhas forjam os continentes. Mostramos que esse forjamento da crosta requer um forno capaz de atingir temperaturas ultra-altas.”
Para tirar as suas conclusões, a equipa coletou amostras de rochas dos Alpes na Europa e no sudoeste dos Estados Unidos, bem como examinou dados publicados na literatura científica. Eles analisaram dados químicos de rochas inteiras de centenas de amostras de rochas metassedimentares e metaígneas – os tipos de rochas que constituem grande parte da crosta inferior – e depois categorizaram as amostras de acordo com suas temperaturas metamórficas máximas, quando as rochas sofrem mudanças físicas e químicas, permanecendo principalmente sólidas.
Os pesquisadores distinguiram entre condições de alta temperatura e condições de temperatura ultra-alta. Smye e o seu co-autor Kelemen notaram uma consistência impressionante nas composições de rochas que derreteram a temperaturas acima de 900 graus C: elas tinham concentrações significativamente mais baixas de urânio e tório em comparação com aquelas em rochas que derreteram a temperaturas mais baixas.
“É raro ver um sinal consistente em rochas de tantos lugares diferentes”, disse Smye. “É um daqueles momentos eureka em que você pensa, ‘a natureza está tentando nos dizer algo aqui’”.
Ele explicou que o derretimento na maioria dos tipos de rocha ocorre quando a temperatura ultrapassa 650°C ou um pouco mais de seis vezes mais quente que a água fervente. Normalmente, quanto mais você avança na crosta, a temperatura aumenta cerca de 20°C para cada quilômetro de profundidade. Como a base das placas continentais mais estáveis tem cerca de 30 a 40 quilômetros de espessura, temperaturas de 900°C não são típicas e exigiram que repensassem a estrutura térmica.
Smye explicou que no início da história da Terra, a quantidade de calor produzido pelos elementos radioativos que constituíam a crosta – urânio, tório e potássio – era quase o dobro do que é hoje.
“Havia mais calor disponível no sistema”, disse ele. “Hoje, não esperaríamos que fosse produzida tanta crosta estável porque há menos calor disponível para forjá-la.”
Ele acrescentou que a compreensão de como essas reações de temperatura ultra-alta podem mobilizar elementos na crosta terrestre tem implicações mais amplas para a compreensão da distribuição e concentração de minerais críticos, um grupo de metais altamente procurado que se revelou difícil de minerar e localizar. Se os cientistas conseguirem compreender as reações que primeiro redistribuíram os elementos valiosos, teoricamente poderiam localizar melhor os novos depósitos dos materiais hoje.
“Se você desestabilizar os minerais que contêm urânio, tório e potássio, também estará liberando muitos elementos de terras raras”, disse ele.
A Fundação Nacional de Ciência dos EUA financiou esta pesquisa.
