Nas profundezas do manto rochoso da Terra, encontra-se a quantidade de água dos oceanos trancada em um tipo de mineral chamado ringwoodite, mostram novas pesquisas.
Os resultados do estudo ajudarão os cientistas a entender o ciclo da água na Terra e como a tectônica de placas move a água entre a superfície do planeta e os reservatórios internos, dizem os pesquisadores.
O manto da Terra é a camada quente e rochosa entre o núcleo e a crosta do planeta. Os cientistas suspeitam há muito tempo que a chamada zona de transição do manto, que fica entre as camadas superior e inferior do manto, de 255 a 410 milhas (410 a 660 quilômetros) abaixo da superfície da Terra, pode conter água retida em minerais raros. No entanto, faltam evidências diretas dessa água até agora. [Veja imagens de Ringwoodite rico em água e as camadas da Terra]
Para ver se a zona de transição é realmente um reservatório profundo de água, os pesquisadores realizaram experimentos com ringwoodita rica em água, analisaram ondas sísmicas que viajavam pelo manto sob os Estados Unidos e estudaram modelos numéricos. Eles descobriram que o material do manto de fluxo descendente está derretendo à medida que cruza a fronteira entre a zona de transição e a camada inferior do manto.
“Se estamos vendo esse derretimento, é preciso haver essa água na zona de transição”, disse Brandon Schmandt, sismólogo da Universidade do Novo México e co-autor do novo estudo publicado hoje (12 de junho) na revista. Ciência. “A zona de transição pode reter muita água e pode potencialmente ter a mesma quantidade de H2O [água] que todos os oceanos do mundo”. (O derretimento é uma maneira de se livrar da água, que é instável sob condições do manto inferior da Terra, disseram os pesquisadores.)
Um mineral rico em água
O ringwoodita é um tipo raro de mineral que se forma a partir da olivina sob pressões e temperaturas muito altas, como as presentes na zona de transição do manto. Estudos de laboratório mostraram que o mineral pode conter água, que não está presente como líquido, gelo ou vapor; em vez disso, ele fica preso na estrutura molecular do anelwoodita como íons hidróxido (átomos de oxigênio e hidrogênio ligados).
Em março, outro grupo de pesquisa descobriu um diamante incomum do manto que envolvia o anel de madeira hidratado. Embora a descoberta sugerisse que a zona de transição pudesse conter muita água, foi o primeiro e único espécime de ringwoodita dos cientistas do manto já analisado (todas as outras amostras foram produzidas em laboratório ou encontradas em meteoritos) e pode não ser representativo da região. outro manto ringwoodita. [Shine On: fotos de deslumbrantes espécimes minerais]
“No momento, somos um por um, porque o anelwoodita tinha um pouco de H2O, mas não sabíamos se era normal”, disse Schmandt à Live Science. Assim, Schmandt e o geofísico Steven Jacobsen, da Northwestern University, em Illinois, começaram a testar observacionalmente se outro manto de ringwoodita também contém água.
Os pesquisadores sabiam que a estrutura cristalina do ringwoodita permite que a zona de transição retenha a água, mas essa estrutura muda se o material se mover através do limite para o manto inferior (devido ao aumento das pressões e temperaturas). Como a estrutura dos minerais no manto inferior não pode reter a água da mesma maneira que o ringwoodite, Schmandt e Jacobsen concluíram que as rochas derreteriam à medida que fluíam da zona de transição para o manto inferior. “O derretimento é apenas um mecanismo para se livrar da água”, disse Schmandt.
Para testar essa hipótese, Jacobsen e seus colegas conduziram experimentos de laboratório para simular o que aconteceria à zona de transição ringwoodita à medida que ela viaja mais fundo na Terra. Eles sintetizaram ringwoodita hidratada e recriaram as temperaturas e pressões que experimentariam na zona de transição, aquecendo-a com lasers e comprimindo-a entre diamantes duros, semelhantes a bigornas.
Usando sua configuração, eles aumentaram lentamente a temperatura e a pressão para imitar as condições no manto inferior. O anelwoodita transformado em outro mineral chamado silicato de perovskita e a microscopia eletrônica de transmissão mostraram que o mineral continha silicato derretido em torno de cristais únicos de perovskita.
“O que isso nos diz é que, se houver anel de madeira hidratada da mesma forma na zona de transição que é arrastada para baixo, esperamos que ela produza derretimento”, disse Schmandt. “Como o derretimento muda a forma como as ondas sísmicas se propagam, esse é um alvo que eu posso caçar [com sismômetros].”
Encontrando o derretimento
Usando o Earthscope USArray, uma rede de sismômetros portáteis nos Estados Unidos, Schmandt analisou ondas sísmicas enquanto passavam da zona de transição para o manto inferior. Ele descobriu que as ondas diminuíram quando cruzaram o manto inferior, sugerindo que o derretimento estava presente no limite. É importante ressaltar que a diminuição da velocidade sísmica não ocorreu em todos os lugares – os modelos mostraram que a velocidade da onda diminuiu apenas onde o material estava fluindo para baixo da zona de transição para o manto inferior, como previram os pesquisadores. [Infográfico: A montanha mais alta da terra até sua mais profunda vala oceânica]
O derretimento produzido na fronteira provavelmente volta para cima, retornando aos minerais que podem reter a água, disse Schmandt, acrescentando que esse mecanismo permite que a zona de transição seja um reservatório de água estável.
“[O estudo] fornece suporte experimental crítico para o importante papel que a zona de transição desempenha no controle do comportamento da fusão e do fluxo de hidrogênio nas profundezas da Terra”, disse Graham Pearson, geoquímico da Universidade de Alberta, que não estava envolvido. no trabalho, disse a Live Science em um email.
Anna Kelbert, geofísica da Universidade Estadual de Oregon, que também não participou do estudo, observa que os cientistas já usaram inúmeras abordagens para procurar evidências do reservatório de água interior da Terra, mas é a primeira vez que os pesquisadores buscam pistas sobre o reservatório, concentrando-se no potencial de fusão induzida pela água na parte inferior da zona de transição. “Ele fornece uma importante perspectiva multidisciplinar sobre esse problema”, disse Kelbert. “Isso tem implicações importantes no nosso entendimento do comportamento de subdividir lajes profundas no manto e no nosso entendimento do orçamento / distribuição geral da água na Terra”.
Schmandt espera agora analisar dados sísmicos de outras áreas do mundo e ver como é comum o derretimento do manto. Isso permitiria aos pesquisadores ver se havia algo de especial na história da subducção do manto na América do Norte, ou como as placas da Terra mudaram uma para a outra ao longo do tempo.
As novas descobertas também ajudarão os cientistas a entender melhor o ciclo da água na Terra. “A água de superfície que agora provemos da desgaseificação das rochas derretidas. Veio dos ingredientes originais das rochas da Terra”, disse Schmandt. “Quanta água ainda existe hoje na Terra em relação à superfície?”
Agora, os cientistas descobriram evidências da quantidade de água dos oceanos trancada em um mineral chamado ringwoodite escondido nas profundezas do manto rochoso da Terra. O manto fica entre a crosta terrestre (na superfície) e seu núcleo profundo.
Mesa tectônica de placas
Os pesquisadores, que descrevem seus resultados na edição de 13 de junho de 2014 da revista Science, dizem que seus resultados lançarão luz sobre o ciclo da água na Terra e como as placas tectônicas, que detalham como a concha externa da Terra é dividida em várias placas que deslizam sobre o manto move a água entre a superfície do planeta e os reservatórios internos, dizem os pesquisadores.
Manto da Terra
O manto da Terra é a camada quente e rochosa entre o núcleo e a crosta do planeta. Os cientistas suspeitam há muito tempo que a chamada zona de transição do manto, que fica entre as camadas superior e inferior do manto, a profundidades de 255 a 410 milhas (410 a 660 quilômetros) abaixo da superfície da Terra, pode conter água presa em minerais raros. No entanto, faltam evidências diretas dessa água.
mantle-schematic-120322
Para descobrir se essa zona de transição do manto realmente possuía um reservatório profundo de água, os pesquisadores realizaram experimentos com anelwoodita rico em água, analisaram ondas sísmicas que viajavam pelo manto sob os Estados Unidos e também estudaram modelos numéricos.
Mostradas aqui, as ondas sísmicas refletem a partir da interface da fronteira litosfera-astenosfera dentro do manto da Terra. Abaixo da litosfera, encontra-se a astenosfera, a porção do manto que é composta de rochas quentes, fracas e fluidas, mas que é sólida.
Mineral de ringwoodita
A ringwoodita é um tipo raro de mineral em tons de azul, cujos fragmentos são mostrados aqui, que se forma a partir da olivina sob pressões e temperaturas extremamente altas, como as que existem na zona de transição do manto. Os fragmentos mostrados aqui foram sintetizados em laboratório.
Bigorna de diamante
Os pesquisadores sintetizaram ringwoodita hidratada e recriaram as temperaturas e pressões que experimentariam na zona de transição do manto. Para criar essas condições, eles aqueceram o ringwoodita com lasers e o comprimiram entre diamantes duros, semelhantes a bigorna (configuração mostrada aqui).
Eles descobriram o anelwoodita transformado em perovskita de silicato.
Cristal Azul
Veja em uma célula de diamante de alta pressão do mineral chamado ringwoodita hidratada (cristal azul). O cristal mede cerca de 0,1 mm de diâmetro e contém cerca de 1% em peso de H2O em sua estrutura de cristal.
A pressões correspondentes a uma profundidade de mais de 700 milhas (700 km), quando aquecido com um laser (manchas alaranjadas), ocorreu uma reação de desidratação quando o anelwoodita se transformava em minerais de alta pressão. Essa reação de desidratação foi então observada na América do Norte, usando ondas sísmicas para visualizar bolsões de derretimento logo abaixo da mesma profundidade.
Um diamante de Juína, Brasil, contendo uma inclusão rica em água do anelwoodita mineral olivina.
Em março de 2014, outro grupo de pesquisa descobriu um diamante do manto da Terra com vedação de anel de madeira hidratada. Essa descoberta sugeriu que a zona de transição do manto poderia conter água, mas era o único anelwoodita dos cientistas que o cientista já havia analisado; como tal, os cientistas não tinham certeza de que o espécime fosse representativo de outro manto anelwoodita.
Publicado em 15/11/2019
Artigo original: https://www.livescience.com/46291-ocean-hidden-beneath-earth-photos.html
Achou importante? Compartilhe!
Assine nossa newsletter e fique informado sobre Astrofísica, Biofísica, Geofísica e outras áreas. Preencha seu e-mail no espaço abaixo e clique em “OK”: