Uma equipe de pesquisa, liderada pelo Professor Wu Zhongqing da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, fez uma descoberta significativa no estudo da composição material e do estado térmico do manto inferior da Terra. A pesquisa, publicada na revista Proceedings of the National Academy of Sciences, representa um avanço considerável na compreensão da estrutura profunda do nosso planeta.
O interior da Terra é dividido em várias camadas: a crosta, o manto superior, o manto inferior e o núcleo. O manto inferior, localizado entre 660 e 2.890 km abaixo da superfície, compõe uma parte substancial do volume e da massa da Terra. Este desempenha um papel crítico na estrutura e dinâmica do planeta, sendo, portanto, de extrema importância para a compreensão da formação, evolução e dinâmica da Terra.
Estudos sismológicos anteriores revelaram variações nas velocidades das ondas sísmicas dentro do manto inferior. Estas incluem províncias de baixa velocidade de ondas de cisalhamento em larga escala (LLSVPs) localizadas abaixo da África e do Pacífico. No entanto, a natureza, origem e implicações dessas anomalias ainda não são completamente compreendidas. Portanto, obter uma compreensão abrangente da distribuição espacial da composição material e da temperatura dentro do manto inferior é crucial.
Para enfrentar esses desafios, a equipe de pesquisa empregou uma combinação de tomografia sísmica e as propriedades elásticas dos minerais para determinar a composição e a distribuição espacial dos materiais e temperaturas do manto. No entanto, as medições experimentais da elasticidade mineral sob as condições extremas do manto inferior apresentam dificuldades significativas.
Para superar isso, a equipe do Professor Zhongqing desenvolveu um novo método de cálculo de primeiros princípios que é computacionalmente eficiente, representando menos de um décimo dos métodos convencionais. Utilizando essa abordagem, a equipe estudou extensivamente as propriedades elásticas dos minerais-chave no manto inferior e alcançou resultados consistentes com os dados experimentais obtidos sob temperaturas e pressões relativamente mais baixas.
Ao integrar os dados elásticos de alta temperatura e alta pressão dos minerais do manto inferior com um modelo de imagem tomográfica tridimensional, a equipe de pesquisa conseguiu inverter a composição mineral tridimensional e a distribuição de temperatura de todo o manto inferior usando o método de Monte Carlo da cadeia de Markov. Além disso, eles derivaram um modelo de densidade tridimensional do manto inferior.
Os resultados da inversão revelaram que a distribuição de temperatura lateral no manto inferior segue um padrão gaussiano, com variações mínimas dentro de uma faixa de profundidade de 1.600 quilômetros. No entanto, à medida que a profundidade aumenta, a distribuição gradualmente se alarga. Notavelmente, no fundo do manto inferior, a distribuição de temperatura lateral se desvia do padrão gaussiano, indicando uma forte heterogeneidade lateral, provavelmente associada à presença de LLSVPs.
A análise adicional demonstrou que as anomalias térmicas contribuem principalmente para as anomalias de velocidade na parte superior do manto inferior, enquanto as variações na composição química influenciam predominantemente as anomalias de velocidade na parte mais profunda do manto. O estudo também revelou que as LLSVPs exibem densidades mais altas no fundo do manto inferior em comparação com o manto circundante, enquanto exibem densidades mais baixas acima de uma profundidade de aproximadamente 2.700 quilômetros.
Além disso, as LLSVPs são caracterizadas por temperaturas elevadas e concentrações enriquecidas de ferro e bridgmanita, apoiando a hipótese de que as LLSVPs podem ter se originado de oceanos de magma basal primordial durante os estágios iniciais do desenvolvimento da Terra.
As descobertas desta pesquisa fornecem insights essenciais sobre a composição e o estado térmico do manto inferior da Terra, avançando significativamente nossa compreensão da estrutura profunda do planeta. Esses insights são esperados para ter um impacto profundo na pesquisa relacionada à formação, evolução e dinâmica da Terra. Este estudo representa um marco importante na geofísica e abre novas possibilidades para futuras pesquisas sobre a estrutura interna do nosso planeta.
Fonte:
https://phys.org/news/2023-07-seismological-insight-composition-thermal-state.html
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