Terramoto na Bolívia revela montanhas no subsolo

Sismólogos de Princeton encontraram montanhas e planícies suaves numa camada limite no interior do manto da Terra

“Universidade de Princeton”

A sismóloga de Princeton, Jessica Irving, trabalhou com o estudante de pós-graduação Wenbo Wu e outro colaborador para determinar a aspereza na parte superior e inferior da zona de transição, uma camada dentro do manto, usando ondas de terremotos dispersas. Eles descobriram que o topo da zona de transição, uma camada localizada a 410 quilômetros de distância, é na maior parte suave, mas a base da zona de transição, 660 km abaixo, em alguns lugares é muito mais áspera do que a média da superfície global. “Em outras palavras, uma topografia mais forte que as Montanhas Rochosas ou os Apalaches está presente no limite de 660 quilômetros”, disse Wu. NOTA: Este gráfico não está à escala.

A maioria das crianças em idade escolar aprende que a Terra tem três (ou quatro) camadas: uma crosta, manto e núcleo, que às vezes é subdividida em um núcleo interno e externo. Isso não está errado, mas deixa de fora várias outras camadas que os cientistas identificaram dentro da Terra, incluindo a zona de transição dentro do manto.




 Num estudo publicado esta semana na Science, as geofísicas Jessica Irving e Wenbo Wu de Princeton, em colaboração com Sidao Ni, do Instituto de Geodésia e Geofísica da China, usaram dados de um enorme terremoto na Bolívia para encontrar montanhas e outras topografias na base da zona de transição, uma camada de 660 quilômetros (410 milhas) que separa o manto superior e inferior. (Sem um nome formal para essa camada, os pesquisadores simplesmente a chamam de “o limite de 660 km”).

Para sondar profundamente a Terra, os cientistas usam as ondas mais poderosas do planeta, que são geradas por grandes terramotos. “Queremos um grande terremoto, profundo que faço todo o Planeta abanar/vibrar”, disse Irving, professor assistente de geociências.

Grandes terramotos são muito mais poderosos que os pequenos – a energia aumenta 30 vezes a cada degrau da escala Richter – e terramotos profundos, “em vez de desperdiçar energia na crosta, podem atravessar o manto inteiro”, disse Irving. . Ela obtém os seus melhores dados de terramotos de magnitude 7,0 ou mais, disse ela, porque as ondas de choque que eles enviam em todas as direções podem viajar através do núcleo para o outro lado do planeta – e vice-versa. Para este estudo, os principais dados vieram das ondas captadas após um terremoto de magnitude 8,2 – o segundo maior terremoto já registado – que abalou a Bolívia em 1994.

“Terramotos tão grandes não aparecem muito frequentemente”, disse ela. “Temos sorte, agora que temos muito mais sismógrafos do que tinhamos há 20 anos. A sismologia é um campo muito diferente do que era há 20 anos, entre instrumentos e recursos computacionais”.

Sismólogos e cientistas de dados usam computadores poderosos, incluindo o cluster de supercomputadores Tiger da Universidade de Princeton, para simular o complicado comportamento das ondas de dispersão na Terra profunda.




A tecnologia depende de uma propriedade fundamental das ondas: a sua capacidade de dobrar e saltar. Assim como as ondas de luz podem saltar (refletir) num espelho ou se curvar (refratar) ao passar por um prisma, as ondas de terremotos viajam diretamente através de rochas homogéneas, mas refletem ou refratam quando encontram qualquer limite ou rugosidade.

“Sabemos que quase todos os objetos têm aspereza da superfície e, portanto, dispersam a luz”, disse Wu, o principal autor do novo estudo, que acaba de completar seu doutoramento em geociências. e agora é pesquisador de pós-doutorado no California Institute of Technology. “É por isso que podemos ver esses objetos – as ondas espalhadas carregam a informação sobre a aspereza da superfície. Neste estudo, investigamos ondas sísmicas dispersas viajando dentro da Terra para restringir a aspereza do limite de 660 km da Terra.”

Os pesquisadores ficaram surpresos com o quão áspero esse limite é – mais áspero do que a camada superficial em que todos nós vivemos. “Noutras palavras, uma topografia mais forte que as Montanhas Rochosas ou os Apalaches está presente no limite de 660 quilómetros”, disse Wu. O seu modelo estatístico não permitia determinações precisas de altura, mas há uma chance de que essas montanhas sejam maiores do que qualquer coisa na superfície da Terra. A aspereza não foi igualmente distribuída; Assim como a superfície da crosta tem chão oceânico liso e montanhas enormes, o limite de 660 km tem áreas irregulares e áreas lisas. Os pesquisadores também examinaram uma camada de 410 quilómetros (255 milhas) abaixo, no topo da “zona de transição” do manto médio, e não encontraram rugosidade semelhante.

“Eles verificaram que as camadas profundas da Terra são tão complicadas quanto o que observamos na superfície”, disse a sismóloga Christine Houser, professora assistente do Instituto de Tecnologia de Tóquio, que não esteve envolvida nesta pesquisa. “Encontrar mudanças de elevação de 2 milhas (1-3 km) num limite que é a mais de 400 milhas (660 km) de profundidade usando ondas que viajam por toda a Terra e de volta é um feito inspirador… as suas descobertas sugerem que quanto mais terramotos ocorrem equanto mais sofisticados os instrumentos sísmicos se tornam mais e se expandem em novas áreas, continuaremos a detectar novos sinais de pequena escala que revelam novas propriedades das camadas da Terra. ”

O que é que isso significa.

A presença de rugosidade no limite de 660 km tem implicações significativas para entender como o nosso planeta se formou e continua funcionando. Essa camada divide o manto, que representa cerca de 84% do volume da Terra, em suas seções superior e inferior. Durante anos, os geocientistas debateram o quão importante é esse limite. Em particular, eles investigaram como o calor viaja através do manto – se as rochas quentes são levadas suavemente do limite do manto central (quase 2.000 milhas abaixo) até ao topo do manto, ou se essa transferência é interrompida nesta camada. Algumas evidências geoquímicas e mineralógicas sugerem que o manto superior e inferior são quimicamente diferentes, o que sustenta a ideia de que as duas seções não se misturam termicamente ou fisicamente. Outras observações sugerem que não há diferença química entre o manto superior e inferior, levando alguns a argumentar para o que é chamado de “manto bem misturado”, com o manto superior e inferior participando do mesmo ciclo de transferência de calor.

 

“As nossas descobertas fornecem uma visão sobre esta questão”, disse Wu. Seus dados sugerem que ambos os grupos podem estar parcialmente certos. As áreas mais lisas do limite de 660 km podem resultar de uma mistura vertical mais completa, enquanto as áreas montanhosas mais ásperas podem ter-se formado onde o manto superior e inferior não se misturam.

Além disso, a rugosidade encontrada pelos pesquisadores, que existiam em grandes, moderadas e pequenas escalas, poderia, teoricamente, ser causada por anomalias de calor ou por heterogeneidades químicas. Mas por causa de como o calor é transportado dentro do manto, Wu explicou, qualquer anomalia térmica em pequena escala seria suavizada em poucos milhões de anos. Isso deixa apenas diferenças químicas para explicar a aspereza de pequena escala que encontraram.

O que poderia causar diferenças químicas significativas? A introdução de rochas que costumavam pertencer à crosta, agora descansando em silêncio no manto. Os cientistas há muito debatem o destino das lajes do fundo do mar que são empurradas para o manto nas zonas de subducção, as colisões que acontecem em todo o Oceano Pacífico e em outras partes do mundo. Wu e Irving sugerem que os remanescentes dessas placas podem estar logo acima ou logo abaixo do limite de 660 km.

“É fácil assumir, dado que só podemos detectar ondas sísmicas viajando pela Terra no seu estado atual, os sismólogos não podem ajudar a entender como o interior da Terra mudou nos últimos 4,5 bilhões de anos”, disse Irving. “O que é empolgante nesses resultados é que eles nos fornecem novas informações para entender o destino das antigas placas tectônicas que desceram ao manto e onde o antigo material do manto ainda pode residir.”

Ela acrescentou: “A sismologia é mais emocionante quando nos permite entender melhor o interior do nosso planeta no espaço e no tempo”.


“Inferring Earth’s discontinuous chemical layering from the 660-kilometer boundary topography,” por Wenbo Wu, Sidao Ni e Jessica Irving, aparece na edição de 15 de fevereiro da revista Science. A pesquisa foi apoiada pelo Programa Nacional de Pesquisa Básica da China (Programa 973, concessão 2014CB845901), Academia Chinesa de Ciências (concessão XDB18000000), Fundação Nacional de Ciência Natural da China (concessão 41590854) e Fundação Nacional de Ciências (subvenções EAR1644399 e 1736046).

Fonte

Crédito Imagem Destaque – Photo by Romain Pontida

Crédito Imagem 1 – Imagem por KYLE MCKERNAN, PRINCETON UNIVERSITY OFFICE OF COMMUNICATIONS

 

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