Komatiítos e potássio pesado revelam subducção na Terra há 3.6 mil milhões de anos

No imaginário sobre a Terra primitiva, a superfície e o interior profundo surgem muitas vezes como dois mundos separados. A subducção - o mecanismo que faz a crosta oceânica mergulhar no planeta - costuma ser vista como algo que só começou bem mais tarde.

No entanto, um conjunto de rochas vulcânicas mais antigas do que quase todas as outras sugere que essa ponte entre superfície e profundidade pode ter surgido muito antes. Em épocas remotas, material à superfície já teria sido empurrado para o interior, bem antes do que os manuais costumam admitir.

Lava de um tempo remoto

As rochas em causa são komatiítos - lavas tão escaldantes que praticamente não se formaram equivalentes desde então. Estas escoadas terão extravasado a temperaturas superiores a 2,900°F (1,600°C), muito acima do que qualquer vulcão moderno consegue produzir.

Quase todos os exemplos conhecidos pertencem ao Arqueano - o éon inicial da Terra, entre 4 e 2.5 mil milhões de anos atrás - quando o interior do planeta era muito mais quente. Por se gerarem abaixo da crosta, transportam sinais geoquímicos de regiões que poucas rochas conseguem amostrar.

Uma equipa liderada por Zheng-Yu Long, investigador de doutoramento no Instituto de Física do Globo de Paris (IPGP), analisou 50 amostras de komatiítos provenientes de dez locais distribuídos pelo mundo.

A amostra mais antiga veio de uma formação com 3.6 mil milhões de anos, na África do Sul. A mais recente correspondeu a uma erupção ocorrida há apenas 89 milhões de anos.

A pista do potássio pesado

A chave está nos isótopos de potássio. Este elemento existe em duas “versões” com massas ligeiramente diferentes, e a proporção entre elas varia consoante os processos a que o potássio foi sujeito - sobretudo quando houve contacto com água.

Ao tratarem os dados, a equipa de Long viu três locais destacarem-se de forma clara. Nesses komatiítos, a quantidade de potássio pesado era muito superior à do manto “normal”, e até maior do que a da própria água do mar, que já tende para valores mais pesados.

Este padrão é inesperado. O manto profundo de onde estas lavas ascenderam deveria situar-se perto do centro do intervalo isotópico do potássio, e não junto ao extremo mais pesado. Essa diferença exige uma explicação.

Afastar as explicações óbvias

O grupo de Long começou por testar os cenários mais simples. A meteorização e a alteração química eram suspeitos naturais.

Mas esses processos fazem precisamente o contrário: removem potássio pesado, baixando as leituras em vez de as aumentar. O mesmo acontecia com a contaminação por crosta continental, que também reduzia os valores onde estivesse presente.

Nem sequer um evento extremo dos primórdios do planeta - o impacto que originou a Lua - conseguiria deslocar o sinal isotópico do potássio o suficiente para justificar os resultados.

Havia, ainda assim, uma hipótese difícil de eliminar: o potássio pesado poderia ser um vestígio dos primeiros dias da Terra, preservado numa “bolsa” do manto que nunca se misturou completamente.

Contudo, estas rochas exibem outros marcadores dessa fase antiga, em elementos como o tungsténio e o neodímio. O potássio não acompanha essas assinaturas, levando a equipa a procurar um processo posterior.

Subducção na Terra primitiva

O que encaixa nos dados é a subducção - a descida do fundo oceânico para o manto, levando consigo materiais da superfície. À medida que a placa subductante aquece, liberta fluidos quentes que tendem a transportar primeiro o potássio pesado.

Quando esses fluidos infiltram uma zona do manto, deixam-na enriquecida no mesmo potássio pesado que estes komatiítos revelam. Basta um sinal ténue para inclinar a razão isotópica, quase sem alterar o restante “perfil” químico da rocha.

Os três locais que se destacaram não eram desconhecidos. Tratam-se de campos de lavas antigas na África do Sul e no Canadá, que trabalhos anteriores já tinham apontado como invulgarmente húmidos, com água retida nos cristais.

Um estudo independente defendia, há anos, que parte destas lavas teria recorrido a crosta embebida em água do mar, arrastada para o manto profundo. O potássio fornece agora uma segunda linha de evidência, autónoma, para esse cenário.

Armazenado em profundidade, reutilizado mais tarde

Levar um sinal da superfície até à região fonte das lavas não é imediato. O material reciclado terá descido, permanecido em profundidade durante muito tempo e, mais tarde, regressado ao topo transportado por plumas imponentes de rocha quente.

Para os locais mais húmidos, a modelação aponta para fusão a centenas de milhas de profundidade, perto da zona de transição do manto. Esta faixa situa-se entre 250 to 410 miles (400 to 660 kilometers) de profundidade, já bem dentro do interior terrestre.

A equipa ainda não consegue determinar se o potássio permaneceu a essas profundidades durante todo o tempo ou se foi incorporado ao longo da ascensão da lava. Ainda assim, a mesma pista foi usada recentemente para revelar água de superfície escondida sob a Ásia moderna, num artigo sobre rochas mais jovens.

A reciclagem mais antiga da Terra

Ao juntar todas as peças, um resultado sobressai. Pelo menos há 3.6 mil milhões de anos, água - e o material que viaja com ela - já estava a ser removida da superfície da Terra e incorporada no interior.

Isto não demonstra, por si só, tectónica de placas no estilo moderno. Porém, indica que o planeta jovem já conseguia levar água superficial para as profundezas de forma eficiente.

Esta cronologia é coerente com outros indícios, incluindo uma análise que encontrou continentes a deslocarem-se a velocidades modernas por volta de 3.2 mil milhões de anos atrás.

A habitabilidade da Terra depende em parte do ciclo de água e gases entre a superfície e o manto, que regula a fusão e o escoamento das rochas. Detectar este tipo de troca tão cedo altera a linha temporal.

O “motor” que sustenta um mundo habitável pode ter arrancado ainda dentro do primeiro mil milhões de anos da história da Terra.

O estudo deixa também uma ferramenta duradoura para a investigação. O potássio pesado preservado em lavas antigas pode sobreviver durante éons; assim, a mesma abordagem passa a poder testar outras rochas antigas e ajudar a traçar quando, pela primeira vez, a superfície alcançou o interior profundo do planeta.