Durante milhares de milhões de anos, os continentes da Terra permaneceram notavelmente estáveis, fornecendo a base para cadeias de montanhas, ecossistemas e civilização humana. No entanto, as razões por trás da sua estabilidade a longo prazo têm intrigado os cientistas há mais de um século. Agora, investigadores da Penn State e da Universidade de Columbia encontraram fortes evidências que explicam como os continentes se formaram e mantiveram a sua durabilidade, e o principal factor por detrás disso é o calor.
Em um novo estudo publicado em geociências naturaisA equipe descobriu que temperaturas extremas na crosta inferior da Terra – mais de 900 graus Celsius – eram necessárias para formar uma crosta continental duradoura. Essas condições intensas fazem com que elementos radioativos como o urânio e o tório se movam para cima. À medida que estes elementos se decompõem, geram calor e transportam-no, migrando das profundezas da crosta terrestre para níveis mais elevados. Este processo ajuda a crosta a esfriar e solidificar, fortalecendo-a.
Os pesquisadores dizem que as descobertas vão além da compreensão da geologia da Terra. Poderiam também ajudar na procura moderna de minerais essenciais valiosos, essenciais para tecnologias como smartphones, carros eléctricos e sistemas de energias renováveis, e orientar a procura de planetas potencialmente habitáveis noutros locais.
Os processos que estabilizaram a crosta terrestre também redistribuíram elementos de terras raras, como o lítio, o estanho e o tungsténio, revelando novas pistas sobre onde estes minerais podem ser encontrados hoje. Mecanismos similares acionados termicamente podem ocorrer em outros planetas rochosos, fornecendo aos cientistas planetários sinais adicionais para identificar mundos capazes de sustentar vida.
“Continentes estáveis são um pré-requisito para a habitabilidade, mas para ganharem essa estabilidade, têm de arrefecer”, disse Andrew Smei, professor associado de ciências da terra na Penn State e principal autor do artigo. “Para arrefecerem, têm de mover todos estes elementos produtores de calor – urânio, tório e potássio – em direção à superfície, porque se estes elementos permanecerem em profundidade, criam calor e derretem a crosta.”
Smei explicou que a crosta continental da Terra atual começou a se formar há cerca de 3 bilhões de anos. Antes disso, a crosta terrestre era muito diferente – sem a composição rica em silício dos continentes modernos. Os cientistas há muito suspeitam que o derretimento da crosta antiga desempenha um papel importante na formação de placas continentais estáveis, mas este estudo mostra que este processo requer temperaturas muito mais elevadas do que se pensava anteriormente.
“Basicamente descobrimos uma nova maneira de fazer continentes: eles precisam ser mais quentes do que se pensava anteriormente, cerca de 200 graus”, disse Smyly.
Ele comparou o processo ao forjamento do aço.
“O metal é aquecido até ficar macio o suficiente para poder ser formado mecanicamente por martelamento”, disse Smyle. “Este processo de deformação do metal em temperaturas extremas reestrutura o metal e remove impurezas – ambos os quais aumentam a resistência do metal e, em última análise, a tenacidade do material do aço forjado. Da mesma forma, as forças tectônicas exercidas durante a formação de montanhas forjaram continentes. Mostramos que o forjamento desta crosta exigia fornos que pudessem suportar temperaturas extremamente altas. “
Para tirar as conclusões, os investigadores analisaram amostras de rochas dos Alpes europeus e do sudoeste americano, bem como dados de estudos científicos anteriores. Eles examinaram as informações químicas de centenas de amostras de rochas metassedimentares e metaígneas, que constituem a maior parte da crosta inferior, e as organizaram de acordo com seu pico de temperatura metamórfica – a temperatura mais alta alcançada quando uma rocha permanece principalmente sólida, mas sofre alterações físicas e químicas.
A equipe comparou rochas formadas sob condições de alta temperatura (HT) e ultra-alta temperatura (UHT). Smye e seu co-autor Peter Kelemen, professor de ciências da terra e ambientais na Universidade de Columbia, descobriram que as rochas derretidas a temperaturas acima de 900 °C continham consistentemente quantidades muito menores de urânio e tório do que as rochas formadas em condições mais baixas.
“É difícil ver um sinal consistente em rochas de tantos lugares diferentes”, disse ele. “É um daqueles momentos eureka em que você pensa ‘A natureza está tentando nos dizer algo aqui’”.
Ele explicou que o derretimento ocorre na maioria dos tipos de rocha quando as temperaturas excedem 650°C, ou um pouco mais de seis vezes mais quente que a água fervente. Normalmente, a temperatura aumenta cerca de 20°C por quilômetro mais profundamente na crosta terrestre. Dado que as bases das placas continentais mais estáveis têm cerca de 30 a 40 quilómetros de espessura, uma temperatura de 900°C não é típica e exige que repensem a estrutura da temperatura.
No início da história da Terra, os elementos radioativos que constituem a crosta terrestre (urânio, tório e potássio) geravam cerca de duas vezes mais calor do que hoje, explicou Smay.
“Há mais calor disponível no sistema”, disse ele. “Hoje, não esperaríamos produzir tanta casca estável porque há menos calor disponível para forjá-la.”
Ele acrescentou que a compreensão de como essas reações de temperatura ultra-alta mobilizam elementos na crosta terrestre tem implicações mais amplas para a compreensão da distribuição e concentração de minerais essenciais, um grupo de metais que são muito procurados, mas que se revelaram difíceis de extrair e localizar. Se os cientistas pudessem compreender as reações que primeiro redistribuem elementos valiosos, poderiam, teoricamente, ser mais capazes de encontrar novos depósitos dos materiais atuais.
“Se você desestabilizar minerais que contêm urânio, tório e potássio, também liberará grandes quantidades de elementos de terras raras”, disse ele.
A National Science Foundation financiou a pesquisa.
