Durante milhares de milhões de anos, os continentes da Terra permaneceram notavelmente estáveis, fornecendo as bases para montanhas, ecossistemas e civilização humana. No entanto, a razão por trás da sua estabilidade a longo prazo tem intrigado os cientistas há mais de um século. Agora, investigadores da Penn State e da Universidade de Columbia descobriram fortes evidências que explicam como os continentes se formaram e mantiveram a sua tolerância, e que o calor é o factor chave por detrás disso.
Um novo estudo publicado em Natureza e GeografiaA equipe descobriu que a crosta inferior do planeta necessitava de temperaturas extremas – mais de 900 graus Celsius – para formar uma crosta continental duradoura. Esta condição intensa permite que elementos radioativos como o urânio e o tório subam à superfície. À medida que esses elementos se decompõem, eles geram calor e se movem da crosta profunda para as camadas superiores, transportando calor. Este processo ajudou a resfriar e endurecer a crosta inferior, fortalecendo-a.
Segundo os pesquisadores, as descobertas vão além da compreensão da geologia da Terra. Poderiam também ajudar os esforços modernos para localizar minerais essenciais valiosos, necessários para tecnologias como smartphones, veículos eléctricos e sistemas de energia renovável, bem como orientar a procura de planetas potencialmente habitáveis noutros locais.
O mesmo processo que estabiliza a crosta terrestre também redistribui elementos de terras raras como o lítio, o estanho e o tungsténio, revelando novas pistas sobre onde estes minerais podem ser encontrados hoje. Processos semelhantes movidos pelo calor podem ocorrer noutros planetas rochosos, fornecendo aos cientistas planetários pistas adicionais para identificar mundos capazes de sustentar vida.
“Continentes estáveis são um pré-requisito para a habitabilidade, mas para que alcancem essa estabilidade, têm de arrefecer”, disse Andrew Smee, professor associado de geociências na Penn State e principal autor do artigo. “Para arrefecerem, têm de mover todos estes elementos que produzem calor – urânio, tório e potássio – para a superfície, porque se estes elementos fossem profundos, gerariam calor e derreteriam a crosta.”
Smee 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 suspeitam que o derretimento da crosta mais antiga desempenhou um papel importante na formação de placas continentais estáveis, mas este estudo mostra que o processo requer temperaturas muito mais elevadas do que se pensava anteriormente.
“Basicamente encontramos uma nova receita para a forma como os continentes se formam: eles precisam ser muito mais quentes do que se pensava anteriormente, 200 graus ou mais”, disse Smee.
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 Smee. “Este processo de deformação do metal a altas temperaturas reestrutura o metal e remove impurezas – ambos os quais fortalecem o metal, levando à tenacidade do material que define o aço forjado. Da mesma forma, as forças tectônicas exercidas durante a formação de cinturões de montanhas duplicam os continentes. Mostramos que este forçamento da crosta requer uma temperatura de forno.”
Para chegar às suas conclusões, os investigadores analisaram amostras de rochas dos Alpes europeus e do sudoeste dos Estados Unidos, juntamente com dados de estudos científicos anteriores. Eles examinaram dados químicos de centenas de amostras de rochas metassedimentares e metaígneas, que constituem a maior parte da crosta inferior, e os organizaram com base na temperatura metamórfica máxima – a temperatura mais alta alcançada quando as rochas eram em sua maioria sólidas, mas sofreram alterações físicas e químicas.
A equipe comparou rochas formadas sob condições de alta temperatura (HT) e ultra-alta temperatura (UHT). Smee e seu coautor, Peter Kelemen, professor de ciências da terra e ambientais na Universidade de Columbia, descobriram que as rochas derretidas a temperaturas acima de 900 graus Celsius contêm quantidades muito menores de urânio e tório do que aquelas formadas em condições cada vez 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 a maioria dos tipos de rocha derrete quando a temperatura está acima de 650 graus Celsius, ou seis vezes mais quente que a água fervente. Geralmente, à medida que se avança em direção à crosta, a temperatura aumenta cerca de 20 °C por cada quilómetro de profundidade. Dado que a base das placas continentais mais estáveis tem cerca de 30 a 40 km de espessura, temperaturas de 900 °C não são comuns e a sua estrutura térmica precisa de ser revista.
Smye explicou que no início da história da Terra, a quantidade de calor produzida pelos elementos radioativos que compõem a crosta – urânio, tório e potássio – era cerca de duas vezes maior do que é hoje.
“O sistema recebe mais calor”, disse ele. “Hoje, não esperaríamos construir uma crosta tão estável porque há menos calor disponível para construí-la.”
Ele acrescentou que a compreensão de como essas reações de temperatura ultra-alta podem combinar elementos da crosta terrestre tem amplas implicações para a compreensão da distribuição e concentração de minerais críticos, um grupo de metais altamente procurado que se revelou difícil de minerar e identificar. Se os cientistas conseguissem compreender as reações que redistribuíram os elementos preciosos em primeiro lugar, em teoria poderiam identificar melhor os novos depósitos de materiais hoje.
“Se você desestabilizar minerais que contêm urânio, tório e potássio, também estará liberando muitos elementos de terras raras”, disse ele.
A pesquisa foi financiada pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA.
