Cientistas rastreiam hidrogênio, hélio e tungstênio em lavas vulcânicas e concluem que o núcleo da Terra vaza material há bilhões de anos

Estudo na Science Advances usa simulações com aprendizado de máquina para sugerir que o interior do planeta troca elementos químicos até hoje.

Parte da água que existe nas rochas profundas da Terra pode ter começado sua viagem no núcleo do planeta, a milhares de quilômetros de qualquer poço já perfurado. É o que sugere um estudo de geocientistas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, em Hefei, publicado na revista Science Advances. A pesquisa indica que o núcleo troca elementos químicos com o manto desde a juventude do planeta, há cerca de 4,5 bilhões de anos, e continua a fazê-lo.

Uma pergunta antiga sobre o interior do planeta

O ponto de partida era uma dúvida clássica da geoquímica. As diferenças químicas observadas no manto profundo são resquícios de quando a Terra era uma bola de magma e foi se cristalizando? Ou mostram que núcleo e manto vêm trocando material ao longo de toda a história do planeta?

A Terra primitiva era uma bola fundida coberta por um oceano de lava, bombardeada por rochas espaciais. O núcleo metálico ainda guarda parte dessa herança e, segundo o relato do estudo, atinge temperaturas comparáveis às da superfície do Sol.

Como os pesquisadores testaram a hipótese

A equipe usou simulações chamadas de integrais de caminho, reforçadas por aprendizado de máquina. Esse método permite reproduzir o comportamento quântico de átomos e moléculas. Ele é especialmente útil para o hidrogênio, o elemento mais leve, cujo comportamento quântico pesa mais.

Os cientistas examinaram a razão entre deutério, um isótopo mais pesado do hidrogênio, e o hidrogênio comum. Essa proporção, conhecida como razão D/H, funciona como uma impressão digital de origem. Há uma distribuição de D/H distinta em diferentes corpos do Sistema Solar.

O que a cristalização do magma não explica

O modelo de cristalização mostrou que a separação entre minerais e magma é fraca para esses isótopos. Com isso, o resultado esperado seria um manto primitivo com composição isotópica de hidrogênio praticamente homogênea.

“Collectively, these results indicate that magma ocean crystallization yields a primitive mantle with an essentially homogeneous hydrogen isotope composition, despite large variations in pressure, temperature, and model assumptions”, escreveram os pesquisadores.

O fator mais influente foi a composição isotópica inicial do oceano de magma. Outras variáveis, como o teor inicial de água, estimado em até duas vezes a massa dos oceanos atuais, pesaram pouco. Em um ambiente tão violento, deutério e hidrogênio dificilmente seriam separados de forma organizada entre as camadas.

Três pistas químicas nas lavas

As evidências do vazamento vêm dos basaltos de ilhas oceânicas, formados por colunas de rocha quente que sobem de perto da fronteira entre núcleo e manto. Eles surgem em lugares como a Ilha de Baffin, no território canadense de Nunavut, e a Islândia.

Esses basaltos parecem carregar hidrogênio leve acumulado da nebulosa solar, a nuvem que originou o Sistema Solar. Quando esse hidrogênio escapa do núcleo, enriquece o manto e reduz sua razão D/H.

O hélio traz o segundo indício. O hélio-3 é um isótopo primordial, em grande parte herdado do Big Bang, enquanto o hélio-4 é gerado por decaimento radioativo nas camadas superiores. Uma razão alta de hélio-3 para hélio-4 nesses basaltos reforça a ideia de que o material vem do núcleo, escapando do interior da Terra.

O terceiro é o tungstênio. Esse metal pesado foi aprisionado no núcleo quando o planeta se separou em camadas. Hoje, um isótopo de tungstênio aparece em plumas ascendentes e permite rastrear o material do núcleo em sua subida.

O que o estudo conclui e o que ainda é hipótese

Segundo a Universidade de Ciência e Tecnologia da China, hidrogênio, hélio e tungstênio, em conjunto, apontam para um núcleo que vaza material primitivo para o manto. Os autores são cautelosos quanto à interpretação.

“These findings suggest that even if primordial deep-mantle reservoirs once existed, the hydrogen isotope signatures in the present-day deep lower mantle are unlikely to represent simple relics of early differentiation”, escreveram. Segundo eles, as assinaturas atuais “reflect dynamic modification by ongoing core-mantle exchange throughout Earth’s evolution”.

Ou seja, o estudo sugere que a química do manto profundo é resultado de um processo contínuo, e não só de um retrato congelado da juventude do planeta. Isso não significa que reservatórios primitivos nunca tenham existido, apenas que suas marcas não podem ser lidas como simples relíquias.

O que isso tem a ver com a Amazônia

A região amazônica fica no interior de uma placa tectônica estável, sem vulcanismo ativo, e por isso não oferece basaltos desse tipo. As rochas da Amazônia, porém, fazem parte do mesmo planeta cuja história química esse trabalho tenta reconstituir, e o conhecimento sobre a origem da água e dos elementos no interior da Terra ajuda a contextualizar a evolução geológica de todos os continentes.

Os próximos passos dependem de novas medições em lavas de diferentes regiões e do refinamento das simulações, para verificar se o padrão descrito se mantém em outras amostras.

Com informações de Universidade de Ciência e Tecnologia da China.

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