Forjado no fogo: o calor de 900°C que construiu os continentes estáveis ​​da Terra

Em um novo estudo publicado em Geociências da Naturezaa equipe descobriu que a criação de uma crosta continental duradoura exigia temperaturas extremas – acima de 900 graus Celsius – na crosta inferior do planeta. Essas condições intensas permitiram que elementos radioativos como o urânio e o tório subissem. À medida que estes elementos se decompunham, produziam calor e, ao migrarem da crosta profunda para níveis mais elevados, transportavam o calor embora. Este processo ajudou a crosta inferior a esfriar e solidificar, fortalecendo-a em última análise.

Segundo os pesquisadores, as descobertas vão além da compreensão da geologia da Terra. Poderiam também ajudar os esforços modernos para localizar minerais críticos valiosos, que são essenciais para tecnologias como smartphones, veículos eléctricos e sistemas de energia renovável, bem como orientar a procura de planetas potencialmente habitáveis ​​noutros locais.

Os mesmos 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 movidos pelo calor poderiam ocorrer em outros planetas rochosos, oferecendo aos cientistas planetários sinais adicionais para identificar mundos capazes de sustentar vida.

“Continentes estáveis ​​são um pré-requisito para a habitabilidade, mas para que ganhem essa estabilidade, têm de arrefecer”, disse Andrew Smye, ​​professor associado de geociências na Penn State e autor principal do artigo. “Para arrefecerem, têm de mover todos estes elementos que produzem calor – urânio, tório e potássio – para a superfície, porque se estes elementos permanecerem profundos, criam calor e derretem a crosta.”

Smye explicou que a crosta continental da Terra, tal como existe hoje, começou a formar-se há cerca de 3 mil milhões de anos. Antes disso, a crosta do planeta era muito diferente – sem a composição rica em silício dos continentes modernos. Os cientistas há muito que suspeitavam que o derretimento da crosta mais antiga desempenhava um papel importante na formação de placas continentais estáveis, mas este estudo mostra que o processo exigia temperaturas muito mais elevadas do que se pensava anteriormente.

“Basicamente encontramos uma nova receita para fazer continentes: eles precisam ficar muito mais quentes do que se pensava anteriormente, cerca de 200 graus mais quentes”, disse Smye.

Ele comparou o processo ao forjamento de aço.

“O metal é aquecido até ficar macio o suficiente para poder ser moldado mecanicamente por golpes de martelo”, disse Smye. “Este processo de deformação do metal sob temperaturas extremas realinha a estrutura do metal e remove impurezas – o que fortalece o metal, culminando na tenacidade do material que define o aço forjado. Da mesma forma, as forças tectônicas aplicadas durante a criação de cinturões de montanhas forjam os continentes. Mostramos que esta forja da crosta requer um forno capaz de temperaturas ultra-altas. “

Para chegar às suas conclusões, os investigadores analisaram amostras de rochas dos Alpes da Europa e do sudoeste dos Estados Unidos, juntamente com dados de estudos científicos anteriores. Eles examinaram informações químicas de centenas de amostras de rochas metassedimentares e metaígneas, que formam grande parte da crosta inferior, e as organizaram com base em suas temperaturas metamórficas máximas – as temperaturas mais altas alcançadas enquanto as rochas permaneciam em sua maioria sólidas, mas sofreram mudanças 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 que derreteram a temperaturas acima de 900°C continham consistentemente quantidades muito menores de urânio e tório do que aquelas formadas em condições mais frias.

“É raro ver um sinal consistente em rochas de tantos lugares diferentes”, disse ele. “É um daqueles momentos eureka em que você pensa que ‘a natureza está tentando nos dizer algo aqui’”.

Ele explicou que o derretimento na maioria dos tipos de rocha ocorre quando a temperatura ultrapassa 650 °C ou um pouco mais de seis vezes mais quente que a água fervente. Normalmente, quanto mais você avança na crosta, a temperatura aumenta cerca de 20 °C para cada quilômetro de profundidade. Dado que a base das placas continentais mais estáveis ​​tem cerca de 30 a 40 quilómetros de espessura, temperaturas de 900 °C não são típicas e obrigaram-nos a repensar a estrutura da temperatura.

Smye explicou que no início da história da Terra, a quantidade de calor produzida pelos elementos radioativos que constituíam a crosta – urânio, tório e potássio – era quase o dobro do que é hoje.

“Havia mais calor disponível no sistema”, disse ele. “Hoje, não esperaríamos que fosse produzida tanta crosta estável porque há menos calor disponível para forjá-la.”

Ele acrescentou que a compreensão de como essas reações de temperatura ultra-alta podem mobilizar elementos na crosta terrestre tem implicações mais amplas para a compreensão da distribuição e concentração de minerais críticos, um grupo de metais altamente procurado que se revelou difícil de minerar e localizar. Se os cientistas conseguirem compreender as reações que primeiro redistribuíram os elementos valiosos, teoricamente poderiam localizar melhor os novos depósitos dos materiais hoje.

“Se você desestabilizar os minerais que contêm urânio, tório e potássio, também estará liberando muitos elementos de terras raras”, disse ele.

A Fundação Nacional de Ciência dos EUA financiou esta pesquisa.