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Uma ilustração da Terra tal como existia durante parte da sua formação há milhares de milhões de anos, quando um oceano de magma cobriu a superfície do planeta e se estendeu por milhares de quilómetros de profundidade no núcleo. Uma célula típica de uma simulação conduzida por pesquisadores da FSU com as posições relativas dos átomos é mostrada à esquerda. Crédito: Suraj Bajgain / Lake Superior State University
Durante os estágios iniciais da formação da Terra, um enorme oceano de rocha derretida conhecido como “oceano de magma” cobriu a superfície do planeta e penetrou profundamente em seu núcleo. A taxa de resfriamento deste “oceano de magma” desempenhou um papel crucial na formação da estrutura em camadas da Terra e na determinação da composição química dessas camadas.
Pesquisas anteriores sugeriram que foram necessárias centenas de milhões de anos para o oceano de magma se solidificar, mas novas pesquisas do Universidade Estadual da Flórida publicado em Comunicações da Natureza reduziu essas incertezas para menos de apenas alguns milhões de anos.
“Este oceano de magma tem sido uma parte importante da história da Terra, e este estudo ajuda-nos a responder algumas questões fundamentais sobre o planeta”, disse Mainak Mookherjee, professor associado de geologia no Departamento de Ciências da Terra, dos Oceanos e da Atmosfera.
Quando o magma esfria, ele forma cristais. O local onde esses cristais vão parar 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 de solidificação do magma 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.
Tal como esta investigação, estudos anteriores utilizaram princípios fundamentais da física e da química para simular as altas pressões e temperaturas no interior profundo da Terra. Os cientistas também utilizam experimentos para simular essas condições extremas. Mas estas experiências estão limitadas a pressões mais baixas, que existem em profundidades mais rasas na 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 a que os experimentos podem reproduzir.
Para superar essas limitações, Mookherjee e colaboradores executaram sua simulação 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 na 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 quilómetros abaixo dele. 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 cristas no fundo do fundo do oceano e de ilhas vulcânicas como o Havaí e a Islândia cristalizam em rocha basáltica com aparência semelhante, mas composições químicas distintas, uma situação que tem há muito tempo perplexa os cientistas da Terra.
“Por que eles têm química ou sinais químicos distintos?” Mookherjee disse. “Como o magma se origina abaixo da superfície da Terra, isso significa que a fonte do magma ali tem diversidade química. Como é que essa diversidade química começou e como 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 com baixa viscosidade no início da história da Terra. O magma menos viscoso levou à rápida separação dos cristais suspensos nele, um processo frequentemente referido como cristalização fracionada. Isso criou uma mistura de substâncias químicas diferentes no magma, em vez de uma composição uniforme.
Referência: “Insights sobre a dinâmica do oceano de magma a partir das propriedades de transporte do derretimento basáltico” por Suraj K. Bajgain, Aaron Wolfgang Ashley, Mainak Mookherjee, Dipta B. Ghosh e Bijaya B. Karki, 8 de dezembro de 2022, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/s41467-022-35171-y
O estudo foi financiado pela National Science Foundation.