As condições extremas do interior da Terra tornam impossível explorar. Mas as ondas sísmicas durante os terremotos, erupções vulcânicas e ondas de luz do Sol ajudaram a revelar percepções fascinantes sobre o manto, a crosta e o núcleo do nosso planeta.
A fronteira final não é o espaço: é a própria Terra. Enviamos pessoas para a Lua, robôs para Marte e a sonda espacial New Horizons a 3,26 bilhões de milhas da Terra para tirar fotos de Plutão, enquanto a apenas 6.500 quilômetros abaixo de nossos pés, o calor e a pressão insondáveis mantêm o centro da Terra tentadoramente fora de alcance . Mas os cientistas foram capazes de decifrar o que está dentro da Terra – incluindo cristais verde-oliva e um mar turbulento de ferro derretido – estudando meteoritos, erupções vulcânicas e ondas sísmicas de terremotos.
“Vamos e exploramos outros planetas, mas de muitas maneiras, entrar na Terra e descobrir o que está dentro dela é tecnologicamente mais difícil do que ir para o espaço”, diz Vedran Leki?, um sismólogo da Universidade de Maryland.
Existem quatro camadas principais na Terra: crosta, manto, núcleo externo e núcleo interno, juntamente com zonas de transição entre essas camadas. O mundo que conhecemos repousa sobre as placas tectônicas que constituem a crosta terrestre, que varia em espessura de três milhas a mais de 40. Abaixo da crosta está o manto, a camada de rocha que constitui 84% do volume da Terra. As rochas no manto superior são incandescentes, mas se você pudesse resfriá-las até a temperatura ambiente, elas seriam um verde oliva pontiagudo graças à olivina mineral – você pode conhecê-lo como o peridoto do birthstone de agosto. “Acho que o manto médio-superior seria lindo, porque seria verde olivina, como 60 por cento, e também teria granadas, esses lindos minerais cúbicos vermelhos”, diz Wendy Mao, física mineral da Universidade de Stanford.
Mais profundamente no manto, o calor e a pressão reconfiguram os átomos que formam a olivina em dois novos minerais, bridgmanita e ferropericlase, que são laranja-amarronzado e amarelo em temperatura ambiente. Abaixo do manto rochoso, há um núcleo externo de ferro líquido em agitação (e um pouco de níquel) em torno de um núcleo interno de ferro sólido (novamente com algum níquel) que tem cerca de 70 por cento do tamanho da lua. O centro da Terra é quase tão quente quanto a superfície do Sol, cerca de 9.800 graus Fahrenheit, com pressão que faz com que as forças de compressão no fundo do oceano pareçam brincadeira de criança.
Mas não estivemos em nenhum desses lugares dentro da Terra. Nós não os vimos. Não enviamos câmeras ou sondas para trazer de volta amostras de ferro brilhando como brasas de carvão. Então, como sabemos o que está lá?
Terremotos revelam estrutura
Quando as placas tectônicas que constituem a crosta terrestre se movem, às vezes se prendem e se quebram. Essa quebra, junto com as ondas de energia que vêm com ela, é chamada de terremoto. As ondas sísmicas desencadeadas, ondas sonoras muito baixas para ouvirmos, viajam para longe da fonte e podem dizer aos cientistas quando e onde ocorreu um terremoto.
Detectar ondas sísmicas não é novidade. O cientista chinês Zhang Heng construiu um sismômetro antigo há quase 2.000 anos. Mas em 1889, os cientistas fizeram uma descoberta ao usá-los para entender nosso planeta. Foi quando um pesquisador alemão perto de Berlim detectou um terremoto, mas houve um problema: não houve nenhum terremoto nas proximidades naquele dia. Acontece que houve um terremoto – no Japão, e suas ondas sísmicas atingiram a Alemanha mais de uma hora depois de atingi-la. Ele marcou um ponto crucial na sismologia moderna.
Lekic compara a sismologia à maneira como usamos os raios-X para ver o interior do corpo humano – as diferentes densidades de nossos músculos, órgãos e ossos significam que os raios-X viajam através deles (ou são desviados por eles) de maneiras diferentes. “Não podemos enviar raios-X pela Terra, porque os raios X não vão chegar até o fim”, diz ele. “Em vez disso, usamos ondas sísmicas.”
Terremotos enviam vibrações ao solo por todo o nosso planeta e viajam pelo mundo de maneiras diferentes. Os sismômetros registram essas vibrações, o que pode oferecer um vislumbre do que está abaixo, explica Leki?: ?Então, podemos usar a modelagem de computador para tentar fazer imagens do que está dentro da Terra, e essas imagens nos dizem essencialmente com que rapidez as ondas sísmicas viajam por diferentes partes do a Terra.”
Os sismólogos interpretam dados de terremotos e até simulam atividade sísmica com canhões de ar e explosões, e seu trabalho mostrou que o interior da Terra tem diferentes camadas, algumas das quais são mais fáceis para as ondas sísmicas viajarem do que outras. Eles podem até nos dizer a densidade dessas camadas. Então, um ramo diferente de cientistas, chamado de físicos minerais, parte daí para determinar o que realmente constitui essas camadas.
Lendo os minerais
“Existem restrições químicas astronômicas e cósmicas para a compreensão de quais são os prováveis blocos de construção de nosso planeta”, diz Andrew Campbell, físico mineral da Universidade de Chicago. Basicamente, a distribuição dos elementos na Terra deve corresponder aproximadamente aos elementos presentes nos meteoritos e no sol.
“[O material] que temos disponível no sistema solar a partir do qual poderíamos fazer um planeta, deve ser o mesmo tipo de material que está no Sol”, explica Campbell. Isso ocorre porque as reações químicas dentro das estrelas produzem os elementos que compõem planetas como a Terra. Observando os comprimentos de onda da luz que o sol emite e comparando esses comprimentos de onda à luz refletida em elementos conhecidos, os cientistas podem descobrir a composição química do sol.
A luz mostra que há muito silício, oxigênio, magnésio e ferro, junto com outros elementos como potássio e cálcio, diz Campbell. A quantidade relativa de elementos no sol é semelhante ao que vemos em certos meteoritos primitivos, acrescenta ele, o que ?reforça nosso entendimento de que esses meteoritos primitivos representam os blocos de construção a partir dos quais podemos montar planetas terrestres. E isso inclui a Terra.”
Essas pistas de além da Terra podem nos dar uma noção dos principais atores na composição do planeta, assim como as rochas vulcânicas que contêm pedaços do manto da Terra. Então, físicos minerais como Campbell e Mao descobrem como esses elementos devem ser distribuídos para que os dados sismológicos sejam somados.
“Eu diria que é assim que entendemos que o núcleo da Terra é rico em ferro e não algum outro elemento pesado”, diz Campbell. A sismologia nos diz que a Terra tem um núcleo sólido e denso. Como o sol e os meteoritos contêm mais ferro do que outros elementos pesados como cobalto, níquel ou cromo, ele diz: “sabemos que o ferro é uma parte realmente grande dos blocos de construção dos quais somos montados.”
Os físicos minerais também encontram maneiras de imitar as condições da Terra que afetam os materiais que a constituem. Por exemplo, Mao fez estudos para aprender como o ferro no núcleo da Terra poderia ter se estabelecido lá há muito tempo, abrindo caminho lentamente através do manto rochoso. Para simular a pressão intensa dentro da Terra, ela usa o que é chamado de célula de bigorna de diamante. “Pegamos dois diamantes e basicamente cortamos a ponta, pegamos aquela pequena área de superfície, colocamos uma pequena amostra entre eles e depois apertamos as costas?, diz ela. Uma vez que a força está concentrada em uma área de superfície tão pequena, cerca da largura de um fio de cabelo humano, é composta de uma forma comparável à pressão nas profundezas do planeta.
“Uma das partes mais empolgantes, mas também frustrantes, desses estudos é que não podemos ir tão fundo”, diz Mao. “Há uma teoria que faz sentido, que é consistente com os dados experimentais, porque podemos tentar imitar o que pensamos que as condições são, embora do tamanho de um mícron.”
E uma vez que os cientistas não encontraram uma maneira de viajar para o centro da Terra, a colaboração entre essas diferentes disciplinas é fundamental para entender o que está sob nossos pés. “Sem meio que trabalhando juntos”, diz Lekic, “você não consegue realmente entender o planeta”.
Publicado em 07/12/2020 15h44
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