Geofísicos da ETH Zurich estão usando modelos do manto inferior para identificar áreas onde as ondas de terremotos se comportam de forma diferente do que se supunha anteriormente. Isso indica a presença de zonas de rochas que são mais frias, ou têm uma composição diferente, do que as rochas ao redor. Essa descoberta desafia nossa compreensão atual da tectônica de placas da Terra — e apresenta aos pesquisadores um grande mistério.

Ninguém pode ver o interior da Terra. Nem pode perfurar fundo o suficiente para coletar amostras de rochas do manto, a camada entre o núcleo da Terra e a camada mais externa e rígida, a litosfera, ou medir temperatura e pressão ali. É por isso que os geofísicos usam métodos indiretos para ver o que está acontecendo bem abaixo dos nossos pés.

Por exemplo, eles usam sismogramas, ou gravações de terremotos, para determinar a velocidade com que as ondas de terremoto se propagam. Eles então usam essas informações para calcular a estrutura interna da Terra. Isso é muito semelhante a como os médicos usam ultrassom para obter imagens de órgãos, músculos ou veias dentro do corpo sem abri-los.

É assim que funciona: quando a Terra treme, as ondas sísmicas se espalham do epicentro em todas as direções. Em seu caminho através da Terra, elas são refratadas, difratadas ou refletidas. A velocidade com que as ondas se espalham depende do tipo de onda, mas também da densidade e elasticidade do material através do qual as ondas passam. As estações sismográficas registram essas diferentes ondas e, com base nessas gravações, os geofísicos podem tirar conclusões sobre a estrutura e composição da Terra e examinar os processos que ocorrem dentro dela.

Usando gravações sísmicas, cientistas da Terra determinaram a posição de placas tectônicas submersas por todo o manto da Terra. Eles sempre as encontravam onde esperavam que estivessem: em uma área conhecida como zonas de subducção, onde duas placas se encontram e uma subduz abaixo da outra para o interior da Terra. Isso ajudou os cientistas a investigar o ciclo tectônico de placas, ou seja, o surgimento e a destruição de placas na superfície da Terra, ao longo da história do nosso planeta.

Agora, no entanto, uma equipe de geofísicos da ETH Zurich e do Instituto de Tecnologia da Califórnia fez uma descoberta surpreendente: usando um novo modelo de alta resolução, eles descobriram mais áreas no interior da Terra que parecem restos de placas submersas.

No entanto, eles não estão localizados onde eram esperados; em vez disso, estão sob grandes oceanos ou no interior de continentes — longe dos limites das placas. Também não há evidências geológicas de subducção passada lá. Este estudo foi publicado recentemente no periódico Scientific Reports.

O que há de novo em sua abordagem de modelagem é que os pesquisadores do ETH não estão usando apenas um tipo de onda de terremoto para estudar a estrutura do interior da Terra, mas todos eles. Especialistas chamam o procedimento de inversão de forma de onda completa. Isso torna o modelo muito intensivo computacionalmente, razão pela qual os pesquisadores usaram o supercomputador Piz Daint no CSCS em Lugano. Existe um mundo perdido sob o Oceano Pacífico?

"Aparentemente, essas zonas no manto da Terra são muito mais disseminadas do que se pensava anteriormente", diz Thomas Schouten, primeiro autor e aluno de doutorado no Instituto Geológico da ETH Zurique.

Uma das zonas recém-descobertas está sob o Pacífico ocidental. No entanto, de acordo com as teorias e conhecimentos atuais sobre placas tectônicas, não deveria haver material de placas subduzidas ali, porque é impossível que houvesse zonas de subducção próximas na história geológica recente.

Os pesquisadores não sabem ao certo qual material está envolvido, e o que isso significaria para a dinâmica interna da Terra. "Esse é o nosso dilema. Com o novo modelo de alta resolução, podemos ver tais anomalias em todos os lugares do manto da Terra. Mas não sabemos exatamente o que são ou qual material está criando os padrões que descobrimos."

É como um médico que examina a circulação sanguínea com ultrassom há décadas e encontra artérias exatamente onde ele espera, diz o professor da ETH Andreas Fichtner. "Então, se você der a ele uma ferramenta de exame nova e melhor, ele de repente vê uma artéria na nádega que realmente não pertence ali. É exatamente assim que nos sentimos sobre as novas descobertas", explica o físico de ondas. Ele desenvolveu o modelo em seu grupo e escreveu o código.

Até agora, os pesquisadores só podem especular. "Achamos que as anomalias no manto inferior têm uma variedade de origens", diz Schouten. Ele acredita que é possível que elas não sejam apenas material de placa fria que subduziu nos últimos 200 milhões de anos, como se supunha anteriormente.

"Pode ser material antigo, rico em sílica, que está lá desde a formação do manto, há cerca de 4 bilhões de anos, e sobreviveu apesar dos movimentos convectivos no manto, ou zonas onde rochas ricas em ferro se acumulam como consequência desses movimentos do manto ao longo de bilhões de anos", observa ele.

Para o doutorando, isso significa, acima de tudo, que mais pesquisas com modelos ainda melhores são necessárias para ver mais detalhes do interior da Terra.

"As ondas que usamos para o modelo representam essencialmente apenas uma propriedade, a saber, a velocidade com que viajam pelo interior da Terra", diz o cientista da Terra. No entanto, isso não faz justiça ao complexo interior da Terra.

"Temos que calcular os diferentes parâmetros materiais que podem gerar as velocidades observadas dos diferentes tipos de onda. Essencialmente, temos que nos aprofundar nas propriedades materiais por trás da velocidade da onda", diz Schouten.