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1 000 Léguas subterrâneas

Ivonete D. Lucírio

Descobrir o que existe dentro do planeta Terra é bem mais difícil do que explorar o espaço sideral. Lá embaixo a temperatura e a pressão são insuportáveis. Agora, os cientistas conseguiram fazer a viagem no único veículo capaz dessa façanha, o supercomputador.

O problema de viajar até o centro da Terra não é a distância. São 6 370 quilômetros partindo do nível do mar até o ponto mais profundo, cerca de 1 000 léguas, bem menos do que a costa brasileira, que tem 8 000 quilômetros de praia. A grande dificuldade é mesmo o calor e a pressão debaixo dos nossos pés. Até hoje, a profundidade máxima atingida foi de 13 quilômetros, em solo russo, em 1987. E, mesmo assim, quem viajou foi uma sonda, já que a essa altura qualquer ser humano estaria assado, cozido e frito.

Para ir fundo é preciso embarcar num computador, o único veículo seguro para atravessar todas as camadas que formam o planeta. Com os programas de informática desenvolvidos para a Geologia, hoje é possível processar as informações colhidas pelos cientistas e ver em detalhes o que existe dentro do globo.

Já se sabia, por exemplo, que grandes correntes de material mole e quente se movimentavam no manto, a porção que fica abaixo da crosta. Agora, dá para ver essas massas gigantescas em três dimensões e mapear seu comportamento, como fez o geólogo chinês Wei-jia Su (autor da ilustração desta página), da Universidade Harvard, nos Estados Unidos. “Para construir a imagem, coletei dados em sismógrafos espalhados por todo o mundo”, disse ele à SUPER. “As ondas sísmicas contam o que acontece no interior da Terra.”

O chão não é tão firme quanto parece

A primeira etapa para quem quer conhecer a Terra mais profundamente é a casca que a envolve, que tem uns 20 quilômetros de espessura. Desde que o planeta surgiu, há 4,6 bilhões de anos, essa embalagem mudou bastante. Aliás, até 3,8 bilhões de anos atrás, ela praticamente não existia. Era só rocha quente e mole. De lá para cá a superfície foi esfriando, mas ficaram umas falhas. Por isso, hoje o invólucro terrestre parece mais um quebra-cabeça. Ele é formado por doze peças, chamadas placas tectônicas, que constituem os continentes e o chão dos oceanos.

As emendas entre as peças não são perfeitas. Por isso, elas abrem fendas para que o material quente vindo do manto suba e passe a fazer parte do solo. Tanto nos continentes quanto no fundo do mar. “Quando duas placas se chocam, uma entra um pouco sob a outra”, explica o geólogo Igor Pacca, do Instituto Astronômico e Geofísico (IAG) da Universidade de São Paulo. “É geralmente nessas regiões que surgem os vulcões.”

No caso de uma placa continental se chocar com uma oceânica, a segunda leva a pior e vai parar embaixo da primeira. Isso porque a crosta, nos oceanos, é mais fina, com cerca de 7 quilômetros de espessura. Na trombada, podem surgir montanhas também. Foi assim que se formou a Cordilheira dos Andes: a placa do Pacífico bateu com a da América do Sul. Já o choque entre duas massas oceânicas é mais calmo porque ambas são “leves” (veja na página 49). Elas se acomodam e abrem espaço para o material do manto subir, esfriar no contato com a água gelada e, assim, formar grandes montanhas no fundo do mar.

Calor do fundo mantém a Terra viva

A segunda escala da viagem ao interior da Terra é a mais agitada. No manto formam-se as correntes de convecção, movimentos de gigantescas porções de material quente que fazem com que os continentes mudem de lugar. Tudo isso acontece graças a duas fontes de calor. Uma delas é o núcleo externo, a camada logo abaixo do manto. Assim como todo o planeta, com o passar do tempo esse núcleo está perdendo temperatura e, muito lentamente, vai se resfriando, jogando energia para fora. A outra fonte está dentro do próprio manto. Na sua composição existem substâncias radioativas que produzem calor.

Quando partes do manto esquentam, ficam mais leves e sobem para perto da crosta. Acontece que elas também descem, embora os cientistas não saibam exatamente como. A principal hipótese é que, depois de esfriar, o material que subiu ganha peso e vai descendo até atingir a fronteira com o núcleo externo. Quando é pesada demais, desce toda de uma vez e se espalha, como numa explosão de fogos de artifício.

Esse sobe-e-desce pode dar a idéia de que o manto é líquido, mas não é bem assim. Seu comportamento é meio estranho. Ele é duro, tanto que certos tipos de ondas sísmicas, que só se propagam em sólidos, conseguem caminhar dentro dele. No entanto, numa escala maior de tempo (como alguns milhões de anos), o manto sofre alterações e não parece tão sólido assim. “É como se pegássemos um pedaço de parafina e colocássemos um prego sobre ele”, explica o geofísico Igor Pacca, do IAG. “No início o prego continua no mesmo lugar mas, um dia depois, ele penetra, mostrando que a parafina não é tão rígida.”

O coração do globo é um grande cristal

A última escala da descida, e a mais fascinante, é exatamente o centro da Terra. A ciência já sabia que esse núcleo é feito de ferro, mas só a partir de 1994 é que ele começou a mostrar melhor a cara. Primeiro vieram novas pistas sobre a composição química. O fato de a densidade do núcleo ser 10% menor que a do ferro puro indicava que havia outros elementos em sua formação. Uma experiência realizada no Instituto Carnegie de Washinton simulou a pressão e a temperatura lá do fundo. E conseguiu calcular a estrutura e a densidade de outros elementos ali presentes, que correspondiam às características do oxigênio ou a uma mistura de oxigênio com enxofre. “O oxigênio não se dissolve em ferro metálico em condições ambientais normais, mas a alta temperatura e a pressão do núcleo permitem essa solubilidade”, explica Yingwei Fei, um dos pesquisadores.

Restava saber de que forma esse material estava organizado. No final do ano passado, os geofísicos Ronald Cohen, do Instituto Carnegie, e Lars Stirxrude, do Instituto de Tecnologia da Georgia, também nos Estados Unidos, concluíram que a pressão muito alta faz com que a estrutura do núcleo seja cristalina, ou seja, suas partículas ficam perfeitamente alinhadas. “Nosso trabalho é o primeiro a explicar como o ferro do núcleo se comporta quando está submetido a uma pressão 3 milhões de vezes maior do que a da superfície”, contou Cohen à SUPER.

PARA SABER MAIS

Fundamentos de Geofísica, de A. Uzias Vallina e J. Mezchua Rodriguez, Alhambra, Madri, Espanha, 1986

Estrutura da Terra, de Clark Júnior, Edgard Blucher, São Paulo, 1973

NA INTERNET:

Pergunte a um geólogo, http://walrus.wr.usgs.gov/docs/ask-a-ge.html

Ioiô de pedras nos Alpes Suíços

O incrível caso do pedaço de crosta que mergulhou no manto e voltou para a superfície.

Em 1994, quando o geofísico Harry Green, da Universidade da Calitórnia, nos Estados Unidos, assistia a uma palestra na União de Geofisica Americana, lembrou de uma porção de rochas que havia recolhido nos Alpes Suíços em 1973 e não tivera tempo de analisar. O geólogo Steve Haggety exibia uma rocha com incrustações semelhantes às das suas e explicava que tais fomações só são possíveis em grandes profundidades. Green ficou intrigado. Se nos Alpes não há vulcões, capazes de jogar para fora material do manto, como aquelas pedras foram parar ali? Ao lado dos colegas Larissa Dobrzhinetskayaa e Su Wang, Green resolveu analisar uma das rochas suiças, a maior delas. No inicio deste ano chegou à conclusão de que se tratava de um fragmento do manto que subiu junto com pedaços da crosta que haviam sido engolidos há 50 milhões de anos.

No choque, uma parte da crosta foi empurrada 480 quilômetros abaixo da superfície. “Depois de 10 milhões de anos, essas rochas da crosta se aqueceram e, por serem mais leves do que as da camada mais baixa, começaram uma viagem de volta rumo à superfície, carregando consigo algumas partes do manto”, disse Green à SUPER. Nessa mesma época, os Alpes Suiços ainda estavam se formando, pelo encontro das placas Africana e Européia. A mistura de manto e crosta, então, foi jogada para fora, passando a fazer parte da região hoje chamada de Aple Arami.

Uma pedra no caminho

No microscópio, esta rocha, da família das granadas, achada no Alpe Arami, mostra uma estrutura típica de material formado abaixo da crosta. Ela tem vários cristais de óxido de ferro e titânico criando linhas paralelas e, junto a essas linhas, cristais de olivina, o mineral mais abundante no manto. Esse tipo de estrutura só pode se formar sob as grandes pressões e o calor característicos das camadas inferiores do planeta.

As correntes de material quente que se mexem no manto são responsáveis pela movimentação das placas tectônicas.

Os Alpes Suíços se formaram há 40 milhões de anos, quando a parte oceânica da placa da África entrou sob a Europa e enrugou a superfície

O núcleo da Terra é uma região onde as temperaturas chegam a 4 000 graus Celsius e é uma fonte do calor que movimenta o manto.

O empurra-empurra no fundo do mar

O chão dos oceanos cada vez aumenta mais.

No encontro de duas placas oceânicas sempre existe uma fenda. É por ali que o material quente e mole do manto, parecido com lava, encontra um jeito de vir à tona. Assim que entra em contato com a água gelada do fundo dos oceanos, esse material se esfria e endurece, transformando-se em rocha. A crosta do oceano, portanto, está sendo constantemente recriada. Esse novo chão empurra as peças o tempo todo. Na parte norte do oceano Atlântico, essa movimentação é de cerca de 1 centímetro por ano, enquanto que no Pacífico chega a 4 centímetros anuais. O mapa abaixo, preparado por computador a partir de informações de satélites, mostra a formação do solo do oceano ao longo da maior falha do globo, com 745 600 quilômetros de extensão. Ela atravessa o oceano Atlântico de norte a sul. As rochas próximas à fenda são mais novas porque acabaram de se formar pelo resfriamento do material vindo do manto, enquanto as mais distantes são mais velhas, empurradas pelo que sai da fenda.

O tremor é mais embaixo

Há terremotos que explodem a até 700 quilômetros de profundidade

A maioria dos terremotos ocorre pela movimentação de camadas perto da superfície. Mas alguns acontecem entre 300 e 700 quilômetros de profundidade. O maior deles foi registrado em junho de 1994, 600 quilômetros abaixo da Bolívia, e pôde ser sentido até no Canadá. As causas eram um mistério até que a equipe do geofísico americano Harry Green descobriu a mudança de estrutura química do manto. À medida em que se desce em direção ao núcleo, a pressão e a temperatura aumentam. Com isso as moléculas das principais substâncias ficam mais densas. Na parte superior do manto existe abundância de um metal chamado olivina. Uns 400 quilômetros depois, a olivina se transforma em espinélio, formado por moléculas mais “apertadas”. Os terremotos profundos ocorrem sempre em regiões que ficam sob a junção de duas placas. Quando uma entra sob a outra, vai descendo e empurrando material da parte superior do manto com ela. “A pressão já seria suficiente para ela se transformar em espinélio, mas a temperatura é baixa porque a placa que penetra é mais fria”, diz Harry Green. Como a região ao redor é mais quente, em um determinado momento (que pode levar milhões de anos para acontecer) a olivina atinge a temperatura necessária para se transformar em espinélio. Por serem menores, as moléculas da nova substância deixam lacunas e ocorrem terremotos até que os vazios sejam preenchidos.

Como quebrar um continente

A pluma que vem do manto rompe as placas.

Às vezes o calor acumulado no manto é tamanho que o material que vem para a superfície é capaz de quebrar um continente ao meio. Essas grandes bolhas que sobem são chamadas de plumas. Há 135 milhões de anos, uma delas 1 atingiu a região onde a África se ligava à América do Sul, com impacto suficiente para fazer com que os dois continentes começassem a se separar. Uma pesquisa realizada pelo geofísico Marcelo Assunção, da Universidade de São Paulo, junto com os cientistas John Van Decar e David James, do Instituto Carnegie, de Washington, nos Estados Unidos, descobriu que um pedaço dessa pluma foi arrastado e ficou pregado sob o Brasil, bem embaixo da região do Paraná 2. “Isso prova que o manto não fica totalmente parado enquanto as placas se movimentam, e uma parte dele pode ser arrastada pela crosta”, diz Assunção. O pedaço de pluma encontrado no Brasil tem 320 quilômetros de largura e 500 de profundidade. O resto da pluma ainda está ativo e se localiza na parte sul do Oceano Atlântico.

A maravilha metalúrgica

Um cristal de ferro misturado com oxigênio fica bem no meio do globo, a uma pressão infernal.

A partir da descoberta dos geólogos Ronald Cohen e Lars Stirxrude, foi possível fazer um retrato mais bem acabado do centro da Terra: um imenso cristal de ferro, cercado por milhões de pequenos cristais de ferro que saem do núcleo externo para o coração do planeta. Uma imagem que Cohen criou no computador e mostra em primeira mão aqui na SUPER. “A tendência de toda estrutura cristalina sólida é aumentar de tamanho com o passar do tempo”, explica Ronald Cohen. “Levando-se em conta que o núcleo levou entre 1 e 4 bilhões de anos para se formar, o mais provável é que ele seja um único cristal”. E o núcleo interno continua crescendo. A camada líquida que está em volta constantemente perde calor para o manto. Com o resfriamento, cristais de ferro pulam para a fronteira entre o núcleo externo e o interno, fazendo com que o miolo aumente de tamanho.

A Terra é um grande ímã

Como tudo girou nos últimos 100 milhões de anos.

O campo magnético que envolve toda a Terra começa a se formar no núcleo externo. Por ser líquido, ele gira numa velocidade maior do que a do movimento de rotação da Terra, mas no mesmo sentido. O atrito dele com o manto, que é sólido, faz com que se formem redemoinhos internos, nos quais cargas elétricas correm em círculo. São essas cargas que formam o campo magnético do planeta. Como é sólido, o núcleo interno freia ligeiramente o movimento da parte líquida. Isso faz com que o campo magnético sofra um constante desvio para oeste. Além disso, não se sabe por quê, a polaridade do campo magnético se inverte de tempos em tempos. Isso já aconteceu 170 vezes nos últimos 100 milhões de anos. A imagem ao lado, uma simulação de computador, mostra as várias direções que o campo magnético da Terra já seguiu. Cada um dos riscos representa uma inversão.

Agite para saber o que tem dentro

Ondas sísmicas contam o que há no interior do planeta.

A Terra parece uma caixa de presentes: quando é chacoalhada, dá para adivinhar o que tem lá dentro. Os terremotos fazem esse trabalho porque produzem dois tipos de ondas. As longitudinais são parecidas com as ondas de som e podem se propagar tanto no líquido quanto no sólido. As transversais só caminham em meio sólido e são mais lentas que as longitudinais. Ao redor de todo o planeta existem sismógrafos, equipamentos capazes de captar os dois tipos de ondas. Ligados a computadores, eles registram as ondas que chegam e enviam informações para centros de geofísica. Graças a esse processo sabe-se que essas ondas se movem mais rápido em áreas frias e mais devagar em regiões quentes, o que ajuda a localizar as porções das camadas aquecidas e mapear as correntes de material que sobem no manto. Foi estudando as ondas sísmicas que se descobriu que a parte externa do núcleo é líquida e que o restante é sólido.