O mistério das massas disformes de tamanho continental no centro da Terra

Elas estão entre as maiores estruturas físicas do planeta -- e permanecem um total mistério.

Em um estranho canto do nosso sistema solar, vivem duas bolhas alienígenas.

Com corpos amorfos extensos do tamanho de continentes, acredita-se que estas bolhas esquisitas passem o tempo em repouso, esperando que seu alimento caia sobre elas, para simplesmente absorvê-lo.

Mas o seu habitat natural é ainda mais incomum que a sua alimentação. Pode ser descrito como "rochoso" - por todos os lados, há minerais exóticos em tonalidades e formas desconhecidas. Por outro lado, é razoavelmente inóspito, exceto por um mar cintilante muito distante, tão grande que contém a mesma quantidade de água de todos os oceanos da Terra reunidos.

Todos os dias, o "clima" é o mesmo, com a agradável temperatura de 1.827°C e algumas áreas de alta pressão, equivalente a cerca de 1,3 milhão de vezes a pressão da superfície da Terra. Neste ambiente arrasador, os átomos ficam distorcidos e até os materiais mais conhecidos começam a se comportar de formas excêntricas. As rochas são flexíveis como plástico, e o oxigênio age como um metal.

Mas esta maravilhosa terra borbulhante não é um planeta extraterrestre — e as bolhas não estão, por assim dizer, vivas. Trata-se, na verdade, da própria Terra — em um ambiente bastante profundo.

Especificamente, o ambiente em questão é o manto inferior — a camada de rocha que fica pouco acima do centro da Terra, o núcleo. Esta massa basicamente sólida é outro mundo, um turbilhão salpicado por uma imensa variedade de cristais, que incluem diamantes — há cerca de 1 quatrilhão de toneladas deles no manto — até minerais tão raros que sequer existem na superfície do planeta.

De fato, as rochas mais abundantes nessa camada — a bridgmanita e a davemaoíta — são um grande mistério para os cientistas. Elas precisam das pressões ultra-altas que só existem no interior do planeta para se desenvolver, e se decompõem se forem trazidas para o nosso ambiente. São os equivalentes geológicos dos estranhos peixes de mar profundo que derretem quando são içados do fundo do oceano.

Estes minerais raros só podem ser observados na sua forma natural quando são capturados no interior de diamantes trazidos para a superfície. Mesmo assim, a aparência real destes cristais nas profundezas da Terra é impossível de se prever, já que suas propriedades físicas são bastante alteradas pelas pressões normalmente existentes no subterrâneo.

Paralelamente, o "oceano" distante não contém uma gota de líquido. É composto de água retida no mineral olivina, que compõe mais de 50% do manto superior. Em profundidades maiores, ele se transforma em cristais de ringwoodita de cor azul índigo.

"Nestas profundidades, a química é completamente alterada", afirma Vedran Lekic, professor de geologia da Universidade de Maryland, nos Estados Unidos.

"Pelo que sabemos, há minerais que ficariam mais transparentes."

Mas são as "bolhas" das profundezas da Terra que estão atraindo a atenção dos geólogos de todo o mundo.

Estas estruturas têm milhares de quilômetros de largura e ocupam 6% do volume de todo o planeta. Suas alturas estimadas variam, mas acredita-se que uma delas — encontrada sob o continente africano e carinhosamente chamada de "Tuzo" — tenha até 800 km de altura, o que equivale a cerca de 90 Montes Everest empilhados uns sobre os outros.

Uma segunda estrutura, conhecida como "Jason" e que fica abaixo do Oceano Pacífico, pode estender-se verticalmente por 1,8 mil km, ou cerca de 203 Montes Everest. Estas formas irregulares são moldadas ao redor do núcleo da Terra como duas amebas agarradas a uma partícula de poeira.

"Estas estruturas são muito grandes e proeminentes na tomografia", segundo Bernhard Steinberger, pesquisador de geodinâmica do Centro Alemão de Pesquisas em Geociências GFZ e da Universidade de Oslo, na Noruega.

E, embora se tenha certeza quase absoluta da existência destas formas titânicas, quase tudo mais sobre elas segue sendo incerto, incluindo como se formaram, do que são feitas e como podem afetar nosso planeta.

Fundamentalmente, compreender as bolhas poderá nos ajudar a desvendar alguns dos mistérios mais antigos da geologia — como a Terra se formou, o destino fatal de Theia (o "planeta-fantasma") e a presença inexplicável de vulcões em certos locais do planeta. Elas podem até fornecer detalhes sobre as prováveis mudanças da Terra ao longo dos próximos milênios.

Problema delicado

Em 1970, a então União Soviética embarcou no que provavelmente foi um dos projetos de exploração mais ambiciosos da história da humanidade. Ela tentou perfurar a crosta da Terra o máximo possível.

A crosta é uma camada sólida de rocha, que repousa acima do manto basicamente sólido e, por fim, do núcleo da Terra parcialmente derretido. É a única parte do planeta que já foi vista pelo olho humano. Ninguém sabia o que aconteceria quando se tentasse atravessá-la.

Em agosto de 1994, o Poço Superprofundo de Kola, instalado em meio a uma área sombria de tundra no Ártico, no nordeste da Rússia, atingiu profundidades impressionantes — cerca de 12.260 metros abaixo do solo. Mas, neste ponto, a perfuração foi suspensa.

Inicialmente, a equipe que conduzia o projeto havia feito previsões sobre o que esperava encontrar — especificamente, que a Terra ficaria um grau mais quente a cada 100 metros perfurados em direção ao seu centro.

Mas logo ficou claro que isso não seria confirmado. Em meados dos anos 1980, quando atingiram 10 km, a temperatura já era de 180 °C — quase o dobro do esperado.

Nestas condições extremas, o granito deixa de ser perfurável, comportando-se mais como plástico que como rocha. O experimento foi suspenso e ninguém conseguiu ultrapassar o limite da crosta até hoje. O único sinal remanescente da existência do poço de Kola é uma tampa corroída de metal enterrada no solo.

"Realmente sabemos muito menos sobre o manto terrestre que sobre o espaço sideral, para onde podemos olhar com telescópios, porque tudo o que sabemos é muito, muito indireto", afirma Steinberger.

Mas como podemos estudar um ambiente que não conseguimos ver ou ao qual não temos acesso, onde as propriedades químicas dos materiais mais comuns ficam distorcidas a ponto de não podermos reconhecê-los?

Como sempre, existe uma alternativa.

A sismologia envolve o estudo das ondas de energia produzidas pelo movimento súbito do solo durante eventos de grandes proporções, como terremotos. Incluem as chamadas "ondas de superfície", que são superficiais, e "ondas de corpo", que viajam pelo interior da Terra.

Para captá-las, os cientistas usam instrumentos posicionados no outro lado do mundo, em relação aos terremotos que estão detectando, e examinam as ondas que conseguiram atravessar o planeta.

Analisando os diferentes padrões de ondas resultantes, eles podem começar a descobrir o que pode estar acontecendo a centenas de quilômetros de profundidade.

E foram estes recursos que permitiram que a geofísica dinamarquesa Inge Lehmann fizesse uma descoberta importante em 1936.

Sete anos antes, um grande terremoto na Nova Zelândia gerou um resultado sísmico surpreendente: um tipo de onda de corpo, que pode viajar por meio de qualquer material, conseguiu atravessar a Terra, mesmo tendo sido "desviada" por algum obstáculo no meio do caminho.

Ao mesmo tempo, um outro tipo, conhecido por ser incapaz de atravessar líquidos, não conseguiu passar.

Esta descoberta desmentiu a antiga crença de que o núcleo da Terra é completamente sólido e gerou a teoria moderna de que existe um centro sólido envolto por uma camada externa de líquido — uma espécie de coco ao contrário, por assim dizer.

Mistérios das profundezas

Este método foi posteriormente aperfeiçoado, possibilitando não apenas examinar abaixo da superfície da Terra, como também visualizar suas profundezas ocultas em três dimensões.

"Nós usamos os mesmos métodos das varreduras por tomografia computadorizada [um método de obtenção de imagens usado na medicina, baseado em raios X]. Na verdade, nós fazemos a tomografia do interior da Terra", explica Lekic.

E, quase imediatamente, esta técnica levou à descoberta das bolhas da Terra.

Na época, acreditava-se que o manto fosse uma camada homogênea, mas os geólogos detectaram duas regiões colossais no seu interior, uma que se estende sob a África e outra abaixo do Oceano Pacífico, onde as ondas dos terremotos encontram resistência e reduzem sua velocidade.

Assim como no núcleo da Terra, estas áreas são claramente diferentes do resto do manto; na verdade, representam algumas das maiores estruturas do planeta.

São as Grandes Províncias de Baixa Velocidade de Cisalhamento (LLSVPs, na sigla em inglês). É difícil encontrar algo conhecido que seja análogo às suas formas peculiares — elas podem ser descritas excepcionalmente como montes ou montanhas bulbosas, mas Lekic não usaria estas palavras. "São maiores que os continentes", diz ele.

Curiosamente, as estruturas parecem ter maior semelhança com montes de areia colossais. Um estudo concluiu que possuem encostas íngremes em alguns lugares, além de partes rasas e até algumas saliências. Em meio ao debate sobre a sua aparência, acabaram sendo conhecidas como bolhas.

Mas a aparência intrigante das LLSVPs não é nada se comparada à confusão que envolve a sua formação, ou até a sua composição.

"Há quase 100% de certeza de que estas duas regiões são, em média, mais lentas [em termos da velocidade de movimentação das ondas de terremotos por elas] que as regiões vizinhas. Isso é inquestionável", afirma Lekic.

"É como as mudanças climáticas. É uma observação, não uma teoria. O problema é que a nossa capacidade de observar aquela região é difusa."

Por isso, embora os cientistas saibam que algo está acontecendo ali, eles ainda não sabem exatamente o que estão observando.

Uma pista surgiu a partir do que era uma antiga fonte de perplexidade. Se as LLSVPs são feitas do mesmo material do restante do manto terrestre, elas estão desrespeitando uma lei fundamental da física. Isso porque as bolhas parecem ser simultaneamente mais quentes e mais densas que as rochas vizinhas.

Como uma tampa de frasco resistente colocada sob uma torneira de água quente para que possa ser aberta, os materiais tendem a se expandir quando são aquecidos, o que os torna menos densos. É difícil conciliar isso se as bolhas forem feitas de silicatos antigos, que são o material dominante encontrado no granito e no calcário, como o resto do manto.

Como resultado, acredita-se que as bolhas devam ter uma composição química diferente das rochas mais próximas. Talvez elas sejam compostas por minerais incomuns, ricos em algo pesado, como ferro ou níquel.

"Mas há diferentes ideias sobre como isso acontece", diz Steinberger. É aqui que tudo fica mais interessante.

A ideia inicial é que as bolhas são muito antigas e datam de bilhões de anos atrás, remontando aos primórdios da Terra, quando o nosso planeta ainda estava se formando e o seu manto (que agora é composto de rocha sólida) era um oceano de magma fundido.

À medida que os minerais daquela camada começavam a endurecer e se cristalizar, algumas regiões retiveram impurezas que haviam se misturado quando ainda estavam em estado líquido. Elas permaneceram no mesmo lugar por todo este tempo, e hoje formam as estranhas LLSVPs.

Em 2014, uma equipe internacional de geólogos, incluindo Steinberger, calculou que este tipo de bolha pode facilmente durar três bilhões de anos, embora o manto da Terra esteja sempre rodopiando suavemente, com as partes mais quentes subindo e as mais frias, descendo.

"Uma razão para que elas não se deformem pode ser a sua alta rigidez", diz Steinberger.

Outra possibilidade é que as bolhas tenham sido formadas por processos tectônicos. Como as crianças aprendem na escola, a crosta da Terra é fragmentada em placas tectônicas, que se movem constantemente, deslizando acima e abaixo das demais.

Alguns geólogos acreditam que as LLSVPs podem ser compostas de pedaços da crosta que se romperam, afundaram até o fundo do manto e formaram estruturas irregulares que possuem composição química diferente das rochas vizinhas.

Na verdade, pesquisas indicam que, se você somar a quantidade total de crosta que já se fundiu de volta às profundezas da Terra, isso representa de 7% a 53% do volume do planeta - mais que o suficiente para formar as bolhas.

"A crosta está sendo raspada e acrescentada a esses montes", segundo Steinberger.

Neste cenário, as LLSVPs são compostas principalmente de rocha basáltica que se deslocou das pesadas placas oceânicas arrastadas para baixo. Mas até rochas sedimentares que foram enterradas por antigos peixes ou que contêm os restos de criaturas oceânicas há muito tempo extintas, como os plesiossauros, poderão eventualmente acabar perto do centro da Terra desta maneira — embora componham uma parte minúscula da crosta terrestre. Essencialmente, as bolhas são então um cemitério geológico.

Uma terceira hipótese é que, muito tempo depois da formação da Terra, o ferro tenha vazado de alguma forma do núcleo do planeta e chegado ao manto. Lá ele foi incorporado às rochas em algumas regiões, gerando o desenvolvimento das estranhas bolhas.

Mas Steinberger afirma que esta ideia não é muito popular — não há atualmente uma razão clara de por que isso teria acontecido.

Origem alienígena?

Em 2021, uma equipe de cientistas da Universidade do Estado do Arizona, nos Estados Unidos, teve uma ideia ousada: e se as bolhas tivessem vindo de outro planeta?

Pouca gente sabe que existem, na verdade, três corpos celestes no nosso pequeno pedaço do Sistema Solar: a Terra, a Lua e Theia. Theia atualmente é nada além de um fantasma, após ter se chocado contra o nosso planeta 4,5 bilhões de anos atrás.

Acreditou-se por décadas que, quando este pequeno planeta do tamanho de Marte colidiu com a Terra em formação, os fragmentos resultantes — sobretudo do outro planeta — se aglutinaram para formar a Lua.

Mas há alguns problemas com esta teoria, como o fato de que a Terra e a Lua possuem marcadores químicos similares, como se tivessem sido criadas com o mesmo material.

Por isso, os pesquisadores sugeriram uma alternativa. Depois de colidir com a Terra em sua fase inicial, Theia acabou se misturando com seu conteúdo interno, formando parte do manto. Enquanto isso, a Lua se formou não a partir do planeta extraterrestre, mas de estilhaços da própria Terra que foram lançados ao espaço.

A questão é que Theia não se misturou à Terra em sua totalidade. A maior parte do planeta era tão densa que não foi afetada pela corrente no interior do manto.

Na verdade, o planeta alienígena existe até hoje como protuberâncias dentro da Terra.

É possível que estas protuberâncias sejam as LLSVPs, de forma que existem fragmentos de um mundo alienígena profundamente escondidos debaixo dos nossos pés.

Influência oculta

Independentemente do que forem feitas, existe um consenso crescente de que as estranhas bolhas da Terra, por mais distantes que possam parecer, estão afetando a vida na superfície de forma concreta.

Para começar, elas podem influenciar a forma de distribuição dos vulcões.

A maior parte dos pontos geológicos críticos mais famosos do mundo — como o Anel de Fogo, uma cadeia de vulcões com 40 mil quilômetros de extensão que circunda o Oceano Pacífico — é encontrada acima dos locais onde as placas tectônicas se encontram e empurram umas às outras, em busca de espaço.

Mas, estranhamente, algumas áreas com grande atividade não seguem este padrão. O arquipélago do Havaí, no Pacífico Norte, abriga seis vulcões ativos, além de extensos campos de lava e alguns lugares em que o magma borbulha de forma quase contínua — apesar de estarem em segurança, no meio da placa do Pacífico, a milhares de quilômetros de outras placas.

Uma explicação são as chamadas "plumas mantélicas", que são pontos de atividade teóricos no manto inferior da Terra onde as rochas mais quentes se elevam, formando redes em forma de árvores com canais verticais que sobem até a crosta. Elas começam na camada diretamente em volta do núcleo, cujo interior pode atingir a mesma temperatura da superfície do Sol.

"Basicamente, elas se formam porque o núcleo é relativamente quente em comparação com o manto sobre ele, causando o desenvolvimento de instabilidades térmicas", explica Steinberger.

Ele compara o fenômeno com ferver água em uma panela no fogão. A água nunca se aquece de forma totalmente homogênea, de forma que as bolhas se formam em alguns lugares e em outros, não.

Quando estas zonas borbulhantes parecem atingir a superfície da Terra, normalmente você pode encontrar vulcões.

Mas há um porém. O conceito das plumas mantélicas foi proposto pela primeira vez nos anos 1970, e elas permanecem sendo um mistério quase tão grande quanto as LLSVPs.

"Nos últimos anos, as evidências [de que realmente existem] a partir das tomografias sísmicas estão ficando cada vez mais fortes", diz Steinberger.

"Por isso, quase ninguém tem dúvidas sobre a sua existência. Mas, é claro, existem muitas coisas sobre elas que ainda não sabemos com tanta certeza."

Hoje, é possível elaborar mapas básicos das plumas mantélicas usando a sismologia. E, em 2008, geólogos descobriram algo intrigante: quase todas elas estão localizadas nas bordas das bolhas da Terra.

Isso gerou uma questão que remete ao dilema sobre o ovo ou a galinha — ou sobre a bolha e o ponto de atividade vulcânica, no caso. Estas regiões são geologicamente mais ativas porque as bolhas já estavam lá? Ou as bolhas ficaram onde estão porque a maior atividade as empurra de alguma forma para estas posições?

Pode acontecer o seguinte. As placas oceânicas que afundam nas profundezas da Terra eventualmente acabam perto do fundo do manto, onde formam as bolhas. E, estranhamente, nestas profundidades elas são mais densas que as rochas vizinhas.

Estas formam uma espécie de cobertor isolante sobre o núcleo, evitando que se desenvolvam abaixo delas as regiões superquentes que geram o surgimento das plumas mantélicas. Assim, as plumas se formam em volta das suas extremidades.

Desta forma, você acaba tendo plumas mantélicas a 2.891 km acima das bordas das bolhas, na nossa própria região da Terra. Aparentemente, as LLSVPs estão incentivando as plumas a se desenvolverem em locais específicos.

Se isso for verdade, é uma indicação de que estas estruturas ocultas peculiares têm impacto profundo sobre o nosso planeta, determinando exatamente onde ocorrem certos agrupamentos de vulcões, assim como as cadeias de arquipélagos criadas por eles. O arquipélago do Havaí, por exemplo, não existiria sem elas, nem a ilha chinesa de Hainan.

E as LLSVPs podem ter uma responsabilidade ainda maior. Há muito tempo, os cientistas se perguntam por que a Terra gira em torno do seu eixo neste exato ângulo — em outras palavras, por que o Polo Norte fica no Ártico e não em outro local?

Afinal, embora se acredite que muitos fatores contribuam para pequenas oscilações, incluindo as mudanças climáticas, o eixo da Terra permanece claramente estável há bilhões de anos.

Uma observação interessante é que cada bolha da Terra fica exatamente em um dos lados do eixo, o que indica que ou elas migraram para lá devido à rotação da Terra, ou elas influenciam esta rotação.

É difícil determinar a forma exata em que as LLSVPs podem afetar a inércia do planeta, pois os seus formatos são muito incertos e irregulares. Mas Lekic elaborou um mapa que mostra a visão de consenso da sua localização.

"O que você vê é a bolha do Pacífico meio que alongada de leste para oeste, e a da África meio que alongada do norte para o sul", afirma.

Lekic compara a forma como as bolhas podem afetar o eixo da Terra com girar um livro. É muito mais fácil girá-lo quando está plano do que ao longo da lombada, pois o peso distribuído lateralmente torna a rotação mais estável.

"Geralmente, os corpos que giram tentam distribuir a massa de forma que ela fique mais próxima do Equador, o mais longe possível do eixo de rotação", explica.

"E, em relação à Terra, há as LLSVPs. O componente da sua estrutura que afetaria a rotação é perfeitamente alinhado ao Equador, o que sugere que o eixo de rotação da Terra meio que migrou para o ponto onde, essencialmente, você tem estes dois tipos de massa pesada [um de cada lado]."

As bolhas das profundezas da Terra continuam desconcertantes como sempre, mas já estão prestes a revelar alguns dos segredos do nosso planeta - e talvez de um mundo alienígena há muito tempo perdido.

Quem sabe um dia vamos descobrir uma forma ainda melhor de examinar o interior da Terra para poder observá-lo.

Leia a versão original desta reportagem (em inglês) no site BBC Future.