Durante bilhões de anos, os continentes da Terra permaneceram notavelmente estáveis, fornecendo a base para montanhas, ecossistemas e civilização humana. No entanto, a razão por trás de sua estabilidade a longo prazo tem intrigado cientistas por mais de um século. Agora, pesquisadores da Penn State e da Universidade de Columbia descobriram evidências contundentes que explicam como os continentes se formaram e mantiveram sua durabilidade, e o fator crucial por trás disso é o calor.
Em um novo estudo publicado na Nature Geoscience, a equipe descobriu que a criação de crosta continental duradoura exigia temperaturas extremas — acima de 900 graus Celsius — na camada inferior da crosta terrestre. Essas condições intensas permitiram que elementos radioativos, como urânio e tório, se deslocassem para cima. À medida que esses elementos se degradavam, produziam calor e, ao migrar da crosta profunda para níveis mais altos, levavam o calor consigo. Esse processo ajudou a resfriar e solidificar a crosta inferior, fortalecendo-a, em última análise.
De acordo com os pesquisadores, os achados vão além da compreensão da geologia da Terra. Eles também podem auxiliar os esforços modernos para localizar minerais críticos valiosos, que são essenciais para tecnologias como smartphones, veículos elétricos e sistemas de energia renovável, além de orientar a busca por planetas potencialmente habitáveis em outros lugares.
Os mesmos processos que estabilizaram a crosta terrestre também redistribuíram elementos raros, como lítio, estanho e tungstênio, revelando novas pistas sobre onde esses minerais podem ser encontrados hoje. Mecanismos semelhantes impulsionados pelo calor poderiam ocorrer em outros planetas rochosos, oferecendo a cientistas planetários pistas adicionais para identificar mundos capazes de sustentar a vida.
“Continentes estáveis são um pré-requisito para a habitabilidade, mas para que ganhem essa estabilidade, eles precisam resfriar,” disse Andrew Smye, professor associado de geociências na Penn State e autor principal do artigo. “Para resfriar, eles precisam mover todos esses elementos que produzem calor — urânio, tório e potássio — em direção à superfície, porque se esses elementos permanecerem profundos, eles criam calor e derretem a crosta.”
Smye explicou que a crosta continental da Terra, como existe hoje, começou a se formar há cerca de 3 bilhões de anos. Antes disso, a crosta do planeta era muito diferente — carecendo da composição rica em silício das continentes modernos. Os cientistas há muito suspeitavam que o derretimento da crosta mais antiga desempenhou um papel importante na formação das placas continentais estáveis, mas este estudo mostra que o processo exigia temperaturas muito mais altas do que se percebeu anteriormente.
“Basicamente, encontramos uma nova receita para como fazer continentes: eles precisam ficar muito mais quentes do que se pensava anteriormente, cerca de 200 graus ou mais,” disse Smye.
Ele comparou o processo à forja do aço.
“O metal é aquecido até que fique macio o suficiente para ser moldado mecanicamente por golpes de martelo,” disse Smye. “Esse processo de deformar o metal sob temperaturas extremas realinha a estrutura do metal e remove impurezas — ambos, o que fortalece o metal, culminando na dureza do material que define o aço forjado. Da mesma forma, as forças tectônicas aplicadas durante a criação de cadeias de montanhas forjam os continentes. Mostramos que essa forja da crosta requer um forno capaz de temperaturas ultra-altas.”
Para chegar a suas conclusões, os pesquisadores analisaram amostras de rochas dos Alpes na Europa e do sudoeste dos Estados Unidos, junto com dados de estudos científicos anteriores. Eles examinaram informações químicas de centenas de amostras de rochas metassedimentares e metaígneas, que formam grande parte da crosta inferior, e as organizaram com base em suas temperaturas metamórficas máximas — as temperaturas mais altas alcançadas enquanto as rochas permaneciam em sua maioria sólidas, mas passaram por mudanças físicas e químicas.
A equipe comparou rochas formadas sob condições de alta temperatura (HT) e ultralta temperatura (UHT). Smye e seu coautor, Peter Kelemen, professor de ciências da terra e ambientais na Universidade de Columbia, descobriram que as rochas que haviam derretido a temperaturas superiores a 900 °C continham consistentemente quantidades muito menores de urânio e tório do que aquelas formadas em condições 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 ‘a natureza está tentando nos dizer algo aqui.’
Ele explicou que o derretimento na maioria dos tipos de rochas ocorre quando a temperatura ultrapassa 650 °C ou um pouco mais de seis vezes a temperatura de ebulição da água. Normalmente, quanto mais profundo no interior da crosta, a temperatura aumenta cerca de 20 °C a cada quilômetro de profundidade. Como a base da maioria das placas continentais estáveis tem cerca de 30 a 40 quilômetros de espessura, temperaturas de 900 °C não são típicas e exigem que repensem a estrutura de temperatura.
Smye explicou que, no início da história da Terra, a quantidade de calor produzida pelos elementos radioativos que compunham a crosta — urânio, tório e potássio — era cerca do dobro do que é hoje.
“Havia mais calor disponível no sistema,” disse ele. “Hoje, não esperaríamos que tanta crosta estável fosse produzida porque há menos calor disponível para forjá-la.”
Ele acrescentou que entender como essas reações de ultra-alta temperatura podem mobilizar elementos na crosta da Terra tem implicações mais amplas para entender a distribuição e concentração de minerais críticos, um grupo de metais altamente procurado que se mostrou desafiador para minerar e localizar. Se os cientistas puderem entender as reações que primeiro redistribuíram os elementos valiosos, teoricamente poderiam localizar melhor novos depósitos desses materiais hoje.
“Se você desestabilizar os minerais que abrigam urânio, tório e potássio, também estará liberando muitos elementos raros,” disse ele.
A Fundação Nacional de Ciências dos EUA financiou esta pesquisa.
