No início da formação da Terra, um oceano de magma cobria a superfície do planeta e se estendia por milhares de quilômetros em seu núcleo. A taxa na qual esse “oceano de magma” esfriou afetou a formação das camadas distintas dentro do planeta e a composição química dessas camadas.
Pesquisas anteriores estimaram que levou centenas de milhões de anos para o oceano de magma se solidificar, mas uma nova pesquisa da Florida State University publicada na Nature Communications reduz essas grandes incertezas a menos de alguns milhões de anos.
“Este oceano de magma tem sido uma parte importante da história da Terra, e este estudo nos ajuda a responder algumas questões fundamentais sobre o planeta”, disse Mainak Mookherjee, professor associado de geologia no Departamento de Ciências da Terra, Oceano e Atmosférica.
Quando o magma esfria, ele forma cristais. Onde esses cristais acabam depende de quão viscoso é o magma e da densidade relativa dos cristais. Os cristais mais densos tendem a afundar e, assim, alterar a composição do magma restante. A taxa na qual o magma se solidifica depende de quão viscoso ele é. Magma menos viscoso levará a um resfriamento mais rápido, enquanto um oceano de magma com consistência mais espessa levará mais tempo para esfriar.
Assim como esta pesquisa, estudos anteriores usaram princípios fundamentais da física e da química para simular as altas pressões e temperaturas no interior profundo da Terra. Os cientistas também usam experimentos para simular essas condições extremas. Mas esses experimentos são limitados a pressões mais baixas, que existem em profundidades mais rasas dentro da Terra. Eles não capturam totalmente o cenário que existia no início da história do planeta, onde o oceano de magma se estendia a profundidades onde a pressão provavelmente seria três vezes maior do que os experimentos podem reproduzir.
Para superar essas limitações, Mookherjee e colaboradores executaram suas simulações por até seis meses nas instalações de computação de alto desempenho da FSU, bem como nas instalações de computação da National Science Foundation. Isso eliminou muitas das incertezas estatísticas em trabalhos anteriores.
“A Terra é um planeta grande, portanto, em profundidade, a pressão provavelmente será muito alta”, disse Suraj Bajgain, ex-pesquisador de pós-doutorado da FSU que agora é professor assistente visitante na Lake Superior State University. “Mesmo que conheçamos a viscosidade do magma na superfície, isso não nos diz a viscosidade centenas de quilômetros abaixo dela. Descobrir isso é muito desafiador.”
A pesquisa também ajuda a explicar a diversidade química encontrada no manto inferior da Terra. Amostras de lava – o nome do magma depois que ele rompe a superfície da Terra – de cordilheiras no fundo do oceano e ilhas vulcânicas como Havaí e Islândia cristalizam em rocha basáltica com aparências semelhantes, mas composições químicas distintas, uma situação que tem cientistas da Terra há muito perplexos.
“Por que eles têm química distinta ou sinais químicos?” disse Mookherjee. “Como o magma se origina debaixo da superfície da Terra, isso significa que a fonte do magma tem diversidade química. Como essa diversidade química começou em primeiro lugar e como ela sobreviveu ao longo do tempo geológico?”
O ponto de partida da diversidade química no manto pode ser explicado com sucesso por um oceano de magma no início da história da Terra com baixa viscosidade. O magma menos viscoso levou à rápida separação dos cristais suspensos dentro dele, um processo frequentemente chamado de cristalização fracionada. Isso criou uma mistura de diferentes químicas dentro do magma, em vez de uma composição uniforme.
O estudante de doutorado Aaron Wolfgang Ashley, da FSU, bem como Dipta Ghosh e Bijaya Karki, do Departamento de Geologia e Geofísica da Louisiana State University, foram coautores deste artigo.
Publicado em 01/03/2023 06h49
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