Minerais que contêm água revelam que o manto da Terra pode conter mais água do que todos os seus oceanos. Os pesquisadores agora perguntam: de onde veio tudo isso?
Alguns cem diamantes do tamanho de pedrinhas, retirados da lama brasileira, estão dentro de um cofre na Northwestern University. Para alguns, eles podem ser inúteis. “Eles estão machucados”, disse Steve Jacobsen, mineralogista da Northwestern. “Eles parecem ter passado por uma máquina de lavar.” Muitos são escuros ou amarelos, longe das joias imaculadas dos sonhos dos joalheiros.
No entanto, para pesquisadores como Jacobsen, esses fragmentos de carbono cristalino são tão preciosos – não para o diamante em si, mas para o que está trancado em seu interior: partículas de minerais forjadas centenas de quilômetros no subsolo, nas profundezas do manto da Terra.
Essas partículas minerais – algumas pequenas demais para serem vistas mesmo sob um microscópio – oferecem uma visão do interior da Terra, de outra forma inacessível. Em 2014, os pesquisadores vislumbraram algo embutido nesses minerais que, se não fosse por suas origens profundas, não teria sido notável: água.
Não são gotas reais de água, ou mesmo moléculas de H2O, mas seus ingredientes, átomos de hidrogênio e oxigênio embutidos na estrutura cristalina do próprio mineral. Este mineral hidratado não é úmido. Mas quando ele derrete, derrama água. A descoberta foi a primeira prova direta de que minerais ricos em água existem nesta profundidade, entre 410 e 660 quilômetros de profundidade, em uma região chamada zona de transição, espremida entre os mantos superior e inferior.
Desde então, os cientistas encontraram evidências mais tentadoras de água. Em março, uma equipe anunciou que havia descoberto diamantes do manto da Terra que contêm água de verdade. Os dados sísmicos também mapearam minerais amigáveis à água em uma grande parte do interior da Terra. Alguns cientistas agora argumentam que um enorme reservatório de água pode estar escondido bem abaixo de nossos pés. Se considerarmos todas as águas superficiais do planeta como um oceano, e se descobrir que existem até mesmo alguns oceanos no subsolo, isso mudaria a forma como os cientistas pensam sobre o interior da Terra. Mas também levanta outra questão: de onde tudo isso poderia ter vindo?
Mundo de água
Sem água, a vida como a conhecemos não existiria. Nem seria o planeta vivo e dinâmico com o qual estamos familiarizados hoje. A água desempenha um papel fundamental nas placas tectônicas, desencadeando vulcões e ajudando partes do manto superior a fluir com mais liberdade. Ainda assim, a maior parte do manto está relativamente seca. O manto superior, por exemplo, é feito principalmente de um mineral chamado olivina, que não pode armazenar muita água.
Mas abaixo de 410 quilômetros, na zona de transição, altas temperaturas e pressões comprimem a olivina em uma nova configuração de cristal chamada wadsleyita. Em 1987, Joe Smyth, um mineralogista da Universidade do Colorado, percebeu que a estrutura cristalina da wadsleyita seria afetada por lacunas. Essas lacunas acabaram sendo encaixes perfeitos para átomos de hidrogênio, que poderiam se aninhar nesses defeitos e se ligar aos átomos de oxigênio adjacentes já presentes no mineral. A wadsleyita, descobriu Smyth, pode potencialmente agarrar uma grande quantidade de hidrogênio, transformando-o em um mineral hidratado que produz água quando derrete. Para cientistas como Smyth, hidrogênio significa água.
Mais profundamente na zona de transição, a wadsleyita se transforma em ringwoodita. E no laboratório, Jacobsen (que foi aluno de graduação de Smyth na década de 1990) espremia e aquecia pedaços de ringwoodita para imitar as condições extremas da zona de transição. Pesquisadores fazendo experimentos semelhantes com wadsleyita e ringwoodita descobriram que, na zona de transição, esses minerais podiam conter de 1 a 3 por cento de seu peso na água. Considerando que a zona de transição é uma concha de aproximadamente 250 quilômetros de espessura que representa cerca de 7 por cento da massa da Terra (em comparação, a crosta tem apenas 1 por cento), ela poderia conter várias vezes a água dos oceanos da Terra.
Esses experimentos, no entanto, medem apenas a capacidade de água. “Não é uma medida de quão úmida a esponja está, é uma medida de quanto a esponja pode suportar”, disse Wendy Panero, geofísica da Ohio State University.
Os experimentos também não eram necessariamente realistas, já que os pesquisadores só podiam testar ringwoodita cultivada em laboratório. Além de alguns meteoritos, ninguém jamais tinha visto ringwoodite na natureza. Ou seja, até 2014.
Pistas tentadoras
Enquanto os torcedores convergiam para o Brasil para a Copa do Mundo de 2014, um pequeno grupo de geólogos seguia para as fazendas ao redor de Juína, cidade a quase 2.000 quilômetros a oeste de Brasília. Eles estavam em busca de diamantes que haviam sido extraídos dos rios locais.
Como os diamantes se formam com o calor e a alta pressão do manto, eles podem reter pedaços de minerais. Como os diamantes são tão resistentes e rígidos, eles preservam esses minerais do manto à medida que são lançados à superfície por meio de erupções vulcânicas.
Os pesquisadores compraram mais de mil dos cristais mais salpicados e cheios de minerais. Um dos cientistas, Graham Pearson, levou várias centenas de volta para seu laboratório na Universidade de Alberta, onde, dentro de um diamante específico, ele e seus colegas descobriram ringwoodita da zona de transição. Não apenas isso, mas era ringwoodite hidratada, o que significava que continha água – cerca de 1 por cento em peso.
“É uma descoberta importante em termos de plausibilidade”, disse Brandon Schmandt, sismólogo da Universidade do Novo México. Pela primeira vez, os cientistas obtiveram uma amostra da zona de transição – e ela foi hidratada. “Definitivamente não é loucura, então, pensar que outras partes da zona de transição também são hidratadas.”
Mas, ele acrescentou, “também seria um pouco louco pensar que um cristal representa a média de toda a zona de transição”. Afinal, os diamantes só se formam em certas condições, e essa amostra pode vir de um lugar exclusivamente aquoso.
Para ver quão difundida a ringwoodita hidratada poderia ser, Schmandt se juntou a Jacobsen e outros para mapeá-la usando ondas sísmicas. Devido à convecção, a ringwoodita hidratada pode afundar e, à medida que cai abaixo da zona de transição, a pressão crescente retira a água, fazendo com que o mineral derreta. Logo abaixo da zona de transição onde o material do manto desce, essas piscinas de minerais derretidos podem abruptamente desacelerar as ondas sísmicas. Ao medir as velocidades sísmicas na América do Norte, os pesquisadores descobriram que, de fato, essas piscinas parecem comuns abaixo da zona de transição. Outro estudo medindo as ondas sísmicas sob os Alpes europeus encontrou um padrão semelhante.
A água abundante do manto teve outro impulso em março, quando uma equipe liderada por Oliver Tschauner, um mineralogista da Universidade de Nevada, em Las Vegas, descobriu diamantes que contêm pedaços reais de gelo de água – a primeira observação de H2O existente livremente no manto. As amostras podem dizer mais sobre as condições úmidas que formaram o diamante do que a existência de qualquer reservatório onipresente. Mas como essa água – uma forma de alta pressão chamada gelo-VII – foi encontrada em uma variedade de locais no sul da África e na China, pode acabar sendo relativamente difundida.
“Daqui a alguns anos, descobriremos que o ice-VII é muito mais comum”, disse Steve Shirey, geólogo do Carnegie Institution for Science. “Isso está nos dizendo que temos a mesma história que a ringwoodita hidratada está nos contando.”
Mas se a história é que o manto está cheio de água, o momento de angústia nos deixa imaginando como tudo isso foi parar ali.
Origens Aquosas
De acordo com o conto padrão, a água da Terra foi importada. A região ao redor do Sol, onde o planeta se formou, era quente demais para que compostos voláteis como a água se condensassem. Assim, a Terra nascente começou seca, ficando molhada apenas depois que corpos ricos em água do distante sistema solar colidiram com o planeta, levando água para a superfície. A maioria deles provavelmente não eram cometas, mas sim asteróides chamados condritos carbonáceos, que podem conter até 20% de água em peso, armazenando-os na forma de hidrogênio como a ringwoodita.
Mas se houver um grande estoque de água na zona de transição, essa história da origem da água teria que mudar. Se a zona de transição pudesse armazenar 1 por cento de seu peso na água – uma estimativa moderada, disse Jacobsen – conteria o dobro dos oceanos do mundo. O manto inferior é muito mais seco, mas também volumoso. Pode equivaler a todos os oceanos do mundo (de novo). Também há água na crosta. Para a subducção incorporar tanta água da superfície na taxa atual, seria necessário muito mais tempo do que a idade do planeta, disse Jacobsen.
Se for esse o caso, pelo menos parte da água do interior da Terra sempre deve ter estado aqui. Apesar do calor no início do sistema solar, as moléculas de água podem ter aderido às partículas de poeira que se aglutinaram para formar a Terra, de acordo com algumas teorias.
No entanto, a quantidade total de água no manto é um número altamente incerto. Na extremidade inferior, o manto pode conter apenas metade da água dos oceanos do mundo, de acordo com Schmandt e outros.
Na extremidade superior, o manto poderia conter duas ou três vezes a quantidade de água nos oceanos. Se houvesse muito mais do que isso, o calor adicional da Terra mais jovem teria feito o manto muito aquoso e escorrendo para fraturar as placas continentais, e a tectônica de placas de hoje pode nunca ter começado. “Se você tem um monte de água na superfície, é ótimo”, disse Jun Korenaga, geofísico da Universidade de Yale. “Se você tem um monte de água no manto, não é ótimo.”
Mas muitas incertezas permanecem. Um grande ponto de interrogação é o manto inferior, onde pressões extremas transformam ringwoodita em bridgmanita, que não pode reter muita água. Estudos recentes, no entanto, sugerem a presença de novos minerais portadores de água chamados de fase D e fase H. Exatamente como esses minerais são e quanta água eles podem armazenar permanece uma questão em aberto, disse Panero. “Por ser uma questão em aberto, acho que o conteúdo de água no manto permanece aberto para debate – em aberto.”
Medir o armazenamento de água no interior da Terra não é fácil. Uma forma promissora é medir a condutividade elétrica do manto, disse Korenaga. Mas essas técnicas ainda não são tão avançadas como, digamos, o uso de ondas sísmicas. E embora as ondas sísmicas ofereçam uma visão global do interior da Terra, a imagem nem sempre é clara. Os sinais são sutis e os pesquisadores precisam de dados mais precisos e um melhor entendimento das propriedades de um material do manto mais realista, em vez de apenas ringwoodita e wadsleyita. Esses dois minerais constituem cerca de 60% da zona de transição, sendo o restante uma mistura complexa de outros minerais e compostos.
Encontrar mais diamantes com minerais hídricos também ajudaria. No laboratório de Jacobsen, esse trabalho recai sobre a estudante de graduação Michelle Wenz. Para cada diamante, ela usa raios-X poderosos no Laboratório Nacional de Argonne para mapear a localização de cada partícula mineral, que pode haver meia dúzia. Em seguida, para identificar os minerais, ela lança raios X em cada pedaço e mede como os raios se espalham por sua estrutura cristalina. Das centenas de diamantes no laboratório, todos do Brasil, ela passou por cerca de 60. Ainda sem água.
Água ou não, disse ela, essas cápsulas das profundezas ainda são incríveis. “Cada um é único”, disse ela. “Eles se parecem muito com flocos de neve.”
Publicado em 16/11/2021 06h02
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