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Camadas visualmente impressionantes de laranja queimado, amarelo, prata, marrom e preto tingido de azul são características de formações de ferro bandadas, rochas sedimentares que podem ter causado algumas das maiores erupções vulcânicas da história da Terra, de acordo com uma nova pesquisa da Rice University.
As rochas contêm óxidos de ferro que afundaram no fundo dos oceanos há muito tempo, formando camadas densas que acabaram se transformando em pedra. O estudo publicado esta semana na Geociência da Natureza sugere que as camadas ricas em ferro podem conectar mudanças antigas na superfície da Terra – como o surgimento da vida fotossintética – a processos planetários como vulcanismo e placas tectônicas.
Além de vincular processos planetários que geralmente eram considerados desconexos, o estudo poderia reformular a compreensão dos cientistas sobre o início da história da Terra e fornecer informações sobre processos que poderiam produzir exoplanetas habitáveis longe do nosso sistema solar.
“Essas rochas contam – literalmente – a história de um ambiente planetário em mudança”, disse Duncan Keller, principal autor do estudo e pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Ciências da Terra, Ambientais e Planetárias de Rice. “Eles incorporam uma mudança na química atmosférica e oceânica.”
As formações de ferro bandadas são sedimentos químicos precipitados diretamente da água do mar antiga rica em ferro dissolvido. Acredita-se que as ações metabólicas dos microorganismos, incluindo a fotossíntese, tenham facilitado a precipitação dos minerais, que formaram camada sobre camada ao longo do tempo junto com o chert (dióxido de silício microcristalino). Os maiores depósitos formados como oxigênio se acumularam na atmosfera da Terra há cerca de 2,5 bilhões de anos.
“Essas rochas se formaram nos oceanos antigos, e sabemos que esses oceanos foram posteriormente fechados lateralmente por processos tectônicos de placas”, explicou Keller.
O manto, embora sólido, flui como um fluido mais ou menos na mesma velocidade que as unhas crescem. As placas tectônicas – seções do tamanho de continentes da crosta e do manto superior – estão em constante movimento, em grande parte como resultado de correntes de convecção térmica no manto. Os processos tectônicos da Terra controlam os ciclos de vida dos oceanos.
“Assim como o Oceano Pacífico está sendo fechado hoje – está subduzindo sob o Japão e a América do Sul – antigas bacias oceânicas foram destruídas tectonicamente”, disse ele. “Essas rochas tiveram que ser empurradas para os continentes e preservadas – e vemos algumas preservadas, é de onde vêm as que estamos vendo hoje – ou subduzidas no manto”.
Devido ao seu alto teor de ferro, as formações de ferro bandadas são mais densas do que o manto, o que fez Keller se perguntar se os pedaços subduzidos das formações afundaram e se estabeleceram na região mais baixa do manto, perto do topo do núcleo da Terra. Lá, sob imensa temperatura e pressão, eles teriam sofrido profundas mudanças à medida que seus minerais assumiam diferentes estruturas.
“Há alguns trabalhos muito interessantes sobre as propriedades dos óxidos de ferro nessas condições”, disse Keller. “Eles podem se tornar altamente condutores de calor e eletricidade. Alguns deles transferem calor tão facilmente quanto os metais. Portanto, é possível que, uma vez no manto inferior, essas rochas se transformem em pedaços extremamente condutores, como pratos quentes.”
Keller e seus colegas de trabalho postulam que regiões enriquecidas em formações de ferro subductadas podem ajudar na formação de plumas do manto, condutos ascendentes de rocha quente acima de anomalias térmicas no manto inferior que podem produzir enormes vulcões como os que formaram as ilhas havaianas. “Sob o Havaí, dados sismológicos nos mostram um canal quente de ressurgência do manto”, disse Keller. “Imagine um ponto quente no queimador do fogão. Conforme a água em sua panela estiver fervendo, você verá mais bolhas sobre uma coluna de água subindo naquela área. As plumas do manto são uma espécie de versão gigante disso.”
“Observamos as idades deposicionais de formações de ferro bandadas e as idades de grandes eventos de erupção basáltica chamados grandes províncias ígneas, e descobrimos que há uma correlação”, disse Keller. “Muitos dos eventos ígneos – que foram tão massivos que os 10 ou 15 maiores podem ter sido suficientes para ressurgir todo o planeta – foram precedidos pela deposição de formação de ferro em faixas em intervalos de aproximadamente 241 milhões de anos, mais ou menos 15 milhões. É uma forte correlação com um mecanismo que faz sentido.”
O estudo mostrou que havia um período de tempo plausível para as formações de ferro bandadas serem primeiro arrastadas para o manto inferior e depois influenciar o fluxo de calor para conduzir uma pluma em direção à superfície da Terra milhares de quilômetros acima.
Em seu esforço para traçar a jornada das formações de ferro bandado, Keller cruzou as fronteiras disciplinares e teve percepções inesperadas.
“Se o que está acontecendo nos primeiros oceanos, depois que os microorganismos alteram quimicamente os ambientes da superfície, acaba criando um enorme derramamento de lava em outro lugar da Terra 250 milhões de anos depois, isso significa que esses processos estão relacionados e ‘conversando’ entre si”, disse Keller. “Isso também significa que é possível que processos relacionados tenham escalas de comprimento muito maiores do que as pessoas esperavam. Para poder inferir isso, tivemos que recorrer a dados de muitos campos diferentes da mineralogia, geoquímica, geofísica e sedimentologia.”
Keller espera que o estudo estimule mais pesquisas. “Espero que isso motive as pessoas nas diferentes áreas que toca”, disse ele. “Eu acho que seria muito legal se isso levasse as pessoas a falar umas com as outras de maneiras renovadas sobre como as diferentes partes do sistema terrestre estão conectadas”.
Keller faz parte do programa CLEVER Planets: Cycles of Life-Essential Volatile Elements in Rocky Planets, um grupo interdisciplinar e multi-institucional de cientistas liderados por Rajdeep Dasgupta, professor W. Maurice Ewing da Rice de Ciência dos Sistemas Terrestres no Departamento de Terra, Ciências Ambientais e Planetárias.
“Esta é uma colaboração extremamente interdisciplinar que analisa como os elementos voláteis que são importantes para a biologia – carbono, hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, fósforo e enxofre – se comportam nos planetas, como os planetas adquirem esses elementos e o papel que desempenham em tornando os planetas habitáveis”, disse Keller.
“Estamos usando a Terra como o melhor exemplo que temos, mas estamos tentando descobrir o que a presença ou ausência de um ou alguns desses elementos pode significar para os planetas em geral”, acrescentou.
Cin-Ty Lee, professor Harry Carothers Wiess de Rice de Geologia, Terra, Ciências Ambientais e Planetárias, e Dasgupta são co-autores do estudo. Outros co-autores são Santiago Tassara, professor assistente da Universidade Bernardo O’Higgins, no Chile, e Leslie Robbins, professora assistente da Universidade de Regina, no Canadá, ambos com pós-doutorado na Universidade de Yale, e Yale Professor of Earth and Ciências Planetárias Jay Ague, orientador de doutorado de Keller.
A NASA (80NSSC18K0828) e o Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá (RGPIN-2021-02523) apoiaram a pesquisa.
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