Aprendizado de máquina desvenda segredos da tectônica de placas primitivas

O intemperismo das rochas e a tectônica de placas são vitais para a vida. Ambas regulam a temperatura da superfície do planeta e fornecem nutrientes bioessenciais. Mas como e quando esses processos críticos começaram na Terra ainda é um mistério. E é possível que eles possam remontar à infância da Terra — o Éon Hadeano, há mais de quatro bilhões de anos?

O problema central é que a Terra não preserva nenhuma rocha dessa idade, então os geólogos devem confiar exclusivamente nos materiais Hadeanos mais antigos que são preservados: o zircão de Jack Hills do remoto outback da Austrália Ocidental. Não é de surpreender que o zircão de Jack Hills tenha sido elogiado e questionado por conter (ou não) evidências potenciais dos primeiros sinais de sedimentos e placas tectônicas da Terra.

Durante anos, geólogos tentaram determinar se o zircão de Jack Hills cristalizou ou não de um magma portador de sedimentos. O magma granítico contendo sedimentos é conhecido como granito derivado de sedimentos, ou “tipo S”. Mas até agora, usando proxies geoquímicos tradicionais, os resultados foram mistos.

Um diagrama de discriminação tradicional usando um pequeno punhado de elementos-traço tem sido usado para argumentar apenas sobre granitos raros, ou quase inexistentes, do tipo S na Terra primitiva. Em baixos teores de fósforo (P), no entanto, os diferentes tipos de fontes de zircão infelizmente se sobrepõem, o que é particularmente problemático porque os zircões com baixo P constituem >95% dos zircões detríticos mais antigos. Claramente, mais informações sobre elementos-traço de zircão são necessárias.

Em um estudo publicado na revista PNASuma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Ross Mitchell do Instituto de Geologia e Geofísica da Academia Chinesa de Ciências (IGGCAS) abordou esse problema aplicando um método preciso de aprendizado de máquina para reconhecer o zircão tipo S de Hadean. Essa nova abordagem distingue o zircão tipo S do zircão não tipo S, especialmente com a capacidade de identificar o zircão tipo S de baixo P no Hadean.

Embora trabalhos anteriores argumentem a favor de granitos raros do tipo S na Terra primitiva, este é o primeiro estudo a sugerir a presença abundante de zircão tipo S de Hadeano. Com uma precisão muito maior de 96%, eles demonstraram não apenas a existência, mas a abundância de zircão tipo S de Jack Hills, datando de 4,24 bilhões de anos atrás.

“Isso significa que o intemperismo da crosta, a deposição de rochas sedimentares e seu soterramento e incorporação em fontes de magma podem ter começado há mais de 4 bilhões de anos”, disse Mitchell.

As mudanças identificadas por aprendizado de máquina nos granitos do tipo S de Hadeano são consistentes com outras características geoquímicas, como o ciclo do isótopo Hf e o δ elevado¹⁸Valores O, indicando consistentemente uma conexão com a colisão continental e a formação de montanhas.

Ao classificar ainda mais o zircão detrítico global ao longo de todo o tempo geológico, eles descobriram que tais picos altos de proporções de zircão tipo S ocorreram repetidamente desde 4 bilhões de anos atrás. Surpreendentemente, eles descobriram que esses picos são consistentes com a formação de supercontinentes.

“Parece um ciclo, com um período de ~600 milhões de anos surpreendentemente similar ao ciclo do supercontinente. Quando os continentes do mundo colidem, a quantidade de zircão tipo S aumenta e depois diminui durante a ruptura”, disse Jiang Jilian, primeiro autor do estudo.

Esse padrão consistente ao longo do tempo sugere que o processo de placas se movendo e colidindo, impulsionado pela subducção, vem acontecendo quase desde os primeiros dias da Terra. Isso significa que a tectônica de placas impulsionada pela subducção vem operando desde o Hadeano.

“Granitos tipo S matam dois coelhos com uma cajadada só, por serem uma assinatura tanto do intemperismo da superfície (para gerar os sedimentos) quanto da subducção de placas (para produzir os sedimentos em câmaras de magma)”, disse Mitchell. “Com esses dois processos essencialmente em vigor desde o primeiro dia, a Terra Hadeana teria sido habitável, permitindo a origem da vida não apenas em fontes hidrotermais, mas também nas piscinas quentes de Darwin.”

Bruce Watson, geoquímico do Instituto Politécnico Rensselaer que realizou parte do trabalho seminal sobre o zircônio de Jack Hills e não estava envolvido no estudo, disse: “Os autores apresentam uma nova estratégia com sua abordagem de aprendizado de máquina que deve preparar o cenário (e um padrão) para trabalhos futuros sobre os zircões primitivos da Terra.”

Este estudo demonstra o potencial do aprendizado de máquina para explorar e descobrir conhecimento que antes era ilusório usando métodos tradicionais. Estudos futuros usando mineração de conhecimento baseada em IA devem fornecer novos insights sobre a história antiga da Terra no futuro.