Cientistas revelam que a aceleração das ondas sísmicas na misteriosa camada D" da Terra é causada pelo alinhamento de cristais de pós-perovskita, impulsionado pela convecção do manto.
A mais de mil milhas abaixo da superfície da Terra, na camada D" – bem na borda do núcleo externo de metal líquido –, ocorre uma estranha aceleração das ondas sísmicas. Experimentos que recriaram o fenômeno em laboratório descobriram que isso é resultado dos cristais de pós-perovskita, que se formam a partir da perovskita. O alinhamento desses cristais determina sua dureza, que por sua vez define a velocidade com que as ondas sísmicas podem se mover através deles.
Profundamente sob a superfície da Terra, existem camadas de solo, estratos rochosos frequentemente incrustados com fósseis, magma borbulhante e — espere. Antes que sua missão de "Jornada ao Centro da Terra" possa avançar, você terá que passar por fluxos de rocha sólida.
A camada D" – localizada entre as camadas de magma acima e a rocha líquida do núcleo externo abaixo – tem intrigado cientistas por décadas. Isso ocorre em parte porque, se você mergulhasse 2.700 quilômetros (1.700 milhas), seria surpreendido por ondas sísmicas que aceleram ao atingir o limiar da camada D". Costumava-se pensar que a razão para isso era o mineral perovskita, encontrado no manto inferior, transformando-se em uma forma conhecida como pós-perovskita perto da camada D". Mas isso ainda não era suficiente para explicar o fenômeno.
O Enigma da Descontinuidade D"
O geocientista Motohiko Murakami quis investigar o que poderia estar acontecendo para causar a estranha aceleração das ondas sísmicas, conhecida como a descontinuidade D". Como uma expedição até o limite manto-núcleo (CMB), onde a camada D" se encontra, obviamente não é uma opção, ele liderou uma equipe de pesquisadores da Suíça e do Japão na realização de testes de laboratório e simulações de computador para descobrir o que a pós-perovskita tinha a ver com o aumento incomum nas ondas sísmicas.
Os cristais de pós-perovskita são anisotrópicos, o que significa que suas propriedades físicas são diferentes quando medidas em direções distintas. Eles possuem dois tipos diferentes de texturas — uma proveniente da transformação (a transição de fase da perovskita para a pós-perovskita), e a outra é resultado da deformação (quando os cristais de pós-perovskita se voltam para a mesma direção). Murakami e sua equipe descobriram que não é apenas a transformação que causa o fenômeno. Na verdade, isso acontece com a deformação.
"A textura induzida pela deformação se forma quando os cristais sofrem deformação plástica, fazendo com que suas orientações se alinhem em direções específicas. Ela é principalmente produzida por deslizamento de deslocamento ou fluência", disse Murakami em um estudo publicado recentemente na revista Communications Earth & Environment.
O Papel do Alinhamento e da Convecção
A forma como os cristais de pós-perovskita se alinham determina sua dureza, e a velocidade com que as ondas sísmicas se movem através deles depende de sua dureza. Materiais chamados perovskitas podem ser criados a partir de qualquer substância capaz de ser arranjada na mesma estrutura cristalina cúbica. Perovskita é um mineral de óxido de cálcio e titânio (CaTiO3), enquanto a pós-perovskita é uma forma de silicato de magnésio (MgSiO3) obtida em pressões extremamente altas. Sua estrutura cristalina é ortorrômbica, o que significa que os ângulos retos dos cubos têm eixos desiguais.
Para que os cristais de pós-perovskita se alinhem uns com os outros, os eixos devem estar todos na mesma posição. Murakami usou MgGeO3 para criar cristais análogos à pós-perovskita. Assim como a perovskita, os cristais de MgGeO3 se deformam facilmente quando a pressão é aplicada, então seu comportamento refletiria o que está acontecendo a mais de mil milhas no subsolo. Os cristais foram aquecidos por um laser, comprimidos e aquecidos novamente para sintetizar a pós-perovskita. Em seguida, foram expostos a ondas sonoras de alta pressão, e a velocidade da onda foi medida uma vez que essas ondas passaram pelos cristais.
Evidência para o Movimento Interno da Terra
Descobriu-se que as ondas sonoras podem experimentar um aumento substancial na velocidade ao passar por cristais de pós-perovskita alinhados. Pesquisadores também descobriram que a causa desse alinhamento – que determina a dureza do material e, portanto, a velocidade das ondas sonoras no laboratório e das ondas sísmicas nas profundezas da Terra – é a convecção. À medida que o material mais quente sobe, o material mais frio afunda, como acontece em tempestades convectivas como furacões.
Murakami acredita que a convecção de materiais no manto (como plumas subindo e placas afundando) está por trás da deformação na camada D". Esta é a primeira vez que qualquer evidência – mesmo baseada em laboratório – foi encontrada para o movimento interno da Terra.
"Embora trabalhos teóricos anteriores tenham sugerido que a anisotropia poderia explicar as descontinuidades sísmicas observadas", disse ele, "nossos resultados, obtidos através de medições in situ das velocidades da pós-perovskita sob alta pressão, representam a verificação experimental dessa hipótese, preenchendo a lacuna entre a teoria e a observação."
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