Sismo de maior profundidade de que há registo detetado a 751 quilómetros por baixo do Japão

Se for confirmado, este tremor é um choque para os geólogos que assumiam que as rochas nas profundezas da Terra eram demasiado pastosas para este tipo de eventos.

Publicado 28/10/2021, 12:25
O terramoto, que faz parte de uma série de réplicas a grande profundidade, foi registado a ...

O terramoto, que faz parte de uma série de réplicas a grande profundidade, foi registado a centenas de quilómetros por baixo das ilhas Bonin do Japão.

Fotografia de FLPA, Alamy Stock Photo

Há seis anos, numa noite de primavera, a centenas de quilómetros de profundidade, o nosso planeta começou a tremer devido a uma série de sismos peculiares. A maioria dos tremores de terra acontece a poucas dezenas de quilómetros da superfície, mas estes sismos agitaram as profundezas numa zona onde as temperaturas e pressões são tão intensas que as rochas tendem a dobrar em vez de quebrar.

O primeiro tremor, que atingiu a costa das remotas ilhas Bonin do Japão, foi registado com uma magnitude de 7.9 a 680 quilómetros de profundidade, tornando-se num dos terramotos mais profundos com esta magnitude. Depois, aconteceu outra coisa bizarra numa série de réplicas que se seguiram: um pequeno tremor que, se for confirmado, será o terramoto mais profundo de que há registo.

Estima-se que este sismo de grande profundidade, descrito recentemente na revista Geophysical Research Letters, teve lugar a cerca de 751 quilómetros abaixo da superfície – na camada do nosso planeta conhecida por manto inferior, onde os cientistas consideram há muito que os sismos são improváveis, senão impossíveis. Embora já tenham sido registados indícios de terramotos no manto inferior, os investigadores não têm conseguido localizá-los no interior desta camada da Terra.

“Esta é de longe a melhor evidência de um terramoto no manto inferior”, diz Douglas Wiens, sismólogo especializado em terramotos profundos da Universidade de Washington, em St. Louis, que não fez parte da equipa do estudo.

Alguns cientistas alertam que são necessárias mais investigações para confirmar se o sismo foi real e se atingiu realmente o manto inferior. Embora a fronteira com o manto fique a uma média de 660 quilómetros de profundidade, os seus limites podem variar consoante a zona do planeta. Debaixo do Japão, acredita-se que o manto inferior comece nos 700 quilómetros de profundidade. A equipa detetou várias réplicas nesta profundidade – mas um sismo em particular aconteceu a uma profundidade ainda maior.

Embora os terramotos profundos não provoquem o mesmo tipo de estragos que os seus homólogos mais perto da superfície, o estudo destes eventos pode ajudar os cientistas a desvendar as formas enigmáticas como o nosso planeta se move debaixo dos nossos pés. Os sismos são uma das poucas janelas que temos para o funcionamento interno do nosso planeta – e cada acontecimento inesperado, como um sismo no manto inferior, pode oferecer uma nova visão sobre este submundo.

Os sismos no manto inferior podem ser possíveis em condições particulares, diz Heidi Houston, geofísica e especialista em terramotos profundos da Universidade do Sul da Califórnia, que não fez parte da equipa do estudo. “Não podemos descartar a sua existência”, diz Heidi Houston. “Essa é uma das coisas que torna isto tão interessante, entusiasmante e muito importante de observar.”

Tremores das profundezas

O tremor de magnitude 7.9 é por si só uma coisa estranha. A enorme profundidade e magnitude deste terramoto sacudiram a Terra perto e longe. As populações de todas as 47 prefeituras do Japão sentiram o sismo, a primeira vez em que isto acontece nos mais de 130 anos desde que há registos.

A grande maioria dos terramotos são geralmente superficiais. Entre os 56.832 sismos registados entre 1976 e 2020, apenas cerca de 18% tiveram uma profundidade superior a 70 quilómetros. E só cerca de 4% é que foram registados abaixo dos 300 quilómetros, que é a profundidade geralmente utilizada para identificar os “terramotos profundos”.

Durante quase um século – desde que o astrónomo e sismólogo inglês Herbert Hall Turner detetou o primeiro terramoto profundo em 1922 – que os cientistas se interrogam como é que estes terramotos podem acontecer.

Perto da superfície, as batalhas em câmara lenta das placas tectónicas acumulam tensão até que o solo acaba por se romper e deslocar, resultando nos tremores de um sismo. Porém, nas entranhas da Terra, as pressões elevadas evitam tremores semelhantes. “Fica tudo muito comprimido em todas as direções”, diz Heidi Houston.

Se adicionarmos as temperaturas abrasadores existentes no subsolo, as rochas agem mais como uma massa do que como pedaços sólidos, diz Magali Billen, especialista em geodinâmica da Universidade da Califórnia, em Davis, que não fez parte da equipa do novo estudo. Magali Billen demonstra isto durante uma entrevista em vídeo com pedaço de pastilha. Conforme Magali Billen estica lentamente a pastilha, esta estica e flui em fios pegajosos. “Mas se for deformada rapidamente, é quando quebra.” Magali Billen estica rapidamente a pastilha e, com um ligeiro estalo, esta divide-se em duas.

“Qual é o fator responsável por isto?” pergunta Magali Billen.

Para explorar esta questão, o sismólogo Eric Kiser, da Universidade do Arizona, e os seus colegas examinaram mais de perto o grande terramoto sob as ilhas Bonin, que agitou os sismómetros pelo mundo inteiro, incluindo a densa rede de sismómetros do Japão conhecida por matriz Hi-Net.

A equipa examinou o enorme conjunto de dados da matriz Hi-Net para procurar tremores que se seguiram ao enorme sismo. Um evento tão grande enviaria energia através da subsuperfície, algo que pode obscurecer as réplicas mais pequenas. Para amplificar os pequenos sinais no meio de todo o ruído, os investigadores usaram um método conhecido por retroprojeção, que permite acumular os dados de vários sismómetros. De facto, registaram-se quatro réplicas entre os 695 e 715 quilómetros de profundidade, mas houve uma réplica que se destacou: um terramoto a 751 quilómetros de profundidade.

Origens misteriosas

Todos os terramotos profundos acontecem perto de zonas de subdução modernas ou antigas, onde a colisão das placas tectónicas resulta na trituração de uma placa por baixo da outra. As alterações nas placas que se afundam, à medida que mergulham para profundidades subterrâneas extremas, provavelmente originam tremores muito abaixo da superfície.

Mas os cientistas ainda não sabem ao certo como é que as tensões se acumulam o suficiente para provocar um tremor nas profundezas da Terra. Uma das teorias vigentes envolve o mesmo fenómeno que divide o manto em camadas.

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O manto superior está repleto de um mineral verde chamado olivina, mas em profundidades maiores, a estrutura cristalina deste mineral perde a sua estabilidade. Começando nos cerca de 410 quilómetros de profundidade, os átomos podem reorganizar-se em minerais wadsleyite ou ringwoodite, que se tornam cada vez mais comuns conforme aumenta a profundidade. A transformação da olivina no interior das placas pode criar pontos fracos na rocha onde esta se pode deformar rapidamente, gerando um terramoto profundo.

Contudo, a cerca de 660 quilómetros de profundidade, o sistema muda abruptamente. A dança das ondas sísmicas em torno desta fronteira sugere que as rochas por baixo são muito mais densas do que as rochas por cima – o início do manto inferior.

Nesta camada, o mineral acastanhado bridgmanite é dominante, e as transformações de olivina que geram terramotos já não se verificam. Portanto, se um sismo atingiu esta camada do planeta, deve haver outro fator que o desencadeou.

Uma possibilidade é a transformação de um mineral diferente no interior da placa que está a afundar, como a enstatite mineral de tons sépia. Mas Eric Kiser e os seus colegas também identificaram outro possível gatilho para os movimentos da placa.

As pequenas réplicas que se seguiram ao terramoto de magnitude 7.9 parecem ter ocorrido perto da base de uma placa rasgada no leito marinho de subdução do Pacífico que perfurou o topo do manto inferior. A equipa sugere que o sismo maior pode ter feito com que parte desta placa assentasse ligeiramente – “estamos a falar de um movimento muito, muito ligeiro”, diz Eric Kiser. Esta ligeira alteração pode ter sido o suficiente para concentrar as tensões na base da placa conforme esta mergulhava nas rochas mais densas do manto inferior.

Uma das formas pelas quais este aumento na tensão pode dar origem a um terramoto profundo reside na deformação ligeira das rochas, algo que pode gerar calor e enfraquecê-las. Este processo pode ter dado início a um ciclo de feedback, fazendo com que a rocha se deformasse cada vez mais depressa à medida que ficava mais quente e mais fraca, até que os blocos mudaram rapidamente com o terramoto. O aumento do calor pode até ter gerado um derretimento que agiu como lubrificante para este movimento, diz Magali Billen.

Uma análise mais aprofundada e a modelagem das estruturas da placa de afundamento, juntamente com as posições das réplicas que se seguiram ao evento de magnitude 7.9, podem ajudar a decifrar o mecanismo deste evento e de outros terramotos profundos. “Talvez os sismos não possam ser explicados por um só mecanismo”, diz Haijiang Zhang, sismólogo da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) que não fez parte da equipa do estudo.

Energia a ricochetear

Haijiang Zhang, por exemplo, “não ficaria surpreendido” com a possibilidade de uma réplica atingir o manto inferior. No seu trabalho, Haijiang Zhang e os seus colegas observaram indícios de que o terramoto de magnitude 7.9 perto das ilhas Bonin, localizado a cerca de 680 quilómetros de profundidade, também pode ter atingido esta camada do planeta.

Mas um terramoto no manto inferior contraria a ideia de longa data sobre o funcionamento interno do nosso planeta – e nem todos os especialistas estão convencidos das afirmações presentes no novo estudo. Em alguns casos, os métodos usados para amplificar os sinais de um terramoto como este podem “produzir falsos alarmes”, escreve por email Yingcai Zheng, sismólogo da Universidade de Houston. “O segredo está nos detalhes.”

Um alarme falso pode ocorrer, por exemplo, se as ondas de um terramoto diferente ricochetearem nas estruturas internas da Terra e forem detetadas pela matriz sísmica Hi-Net. Mas John Vidale, sismólogo da Universidade do Sul da Califórnia, diz que os sinais sísmicos parecem vir de um sismo verdadeiro com pelo menos a mesma profundidade que os autores do estudo sugerem. “Para mim, parece algo incontestável”, diz John Vidale.

A confirmação adicional deste evento pode vir de outro tipo de onda sísmica, conhecida por cisalhamento, ou onda-S. O novo estudo identifica os terramotos com ondas de pressão, ou ondas-P, que viajam rapidamente pelo solo como um uma mola puxada para a frente e para trás. As ondas-S viajam mais devagar e sacodem o solo de um lado para o outro ou para cima e para baixo. Se as ondas S e P chegarem no momento esperado – com base na posição em que a equipa acredita que este terramoto profundo ocorreu – “a margem de erro diminui”, diz John Vidale.

No entanto, John Vidale refere que mesmo que se consiga confirmar a profundidade, o limite do manto inferior neste local é uma questão que ainda permanece em aberto. A imagiologia sísmica indica que, conforme a placa afunda nas rochas densas do manto inferior, começa a dobrar para frente e para trás “como se fosse esparguete”, diz Heidi Houston. A acumulação de rochas frias no fundo do mar pode arrefecer as rochas circundantes, empurrando o limite do manto inferior para profundidades ainda maiores, tornando a interpretação do sistema muito mais complexa.

Estudar o interior da Terra nunca é fácil. “Não conseguimos ir lá”, diz Heidi Houston. “Só vemos o que as ondas sísmicas nos mostram.” Porém, à medida que as técnicas de localização e o estudo de terramotos continuam a melhorar, os cientistas têm mais probabilidades de desvendar os misteriosos tremores das profundezas – um esforço que certamente irá desvendar novas surpresas sobre o nosso planeta.

“Os dados”, diz Magali Billen, “vão sempre obrigar-nos a pensar sobre a Terra de uma forma diferente”.

 

Este artigo foi publicado originalmente em inglês no site nationalgeographic.com

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