Cientistas descobriram enormes estruturas não-identificadas nas profundezas da Terra

Cientistas vasculharam quase 30 anos de dados de terremotos para investigar objetos enormes e misteriosos próximos do núcleo da Terra.
16 Junho 2020, 6:02pm
​Mist on the Marquesas Islands. Image: Tom Patterson
Névoa sobre as Ilhas Marquesas. Imagem: Tom Patterson.

Matéria originalmente publicada pela VICE EUA.

Cientistas descobriram uma vasta estrutura feita de material denso ocupando a fronteira entre o núcleo externo líquido da Terra e o manto inferior, uma zona a cerca de 3 mil quilômetros abaixo dos nossos pés.

Os pesquisadores usaram um algoritmo de aprendizado de máquina originalmente desenvolvido para analisar galáxias distantes para investigar o misterioso fenômeno que ocorre nas profundezas do nosso planeta, segundo um artigo publicado na quinta-feira na Science.

Uma dessas enormes anomalias, localizada abaixo das Ilhas Marquesas, nunca tinha sido detectada antes, enquanto eles também descobriram que outra estrutura abaixo do Havaí é muito maior do que estimado anteriormente.

Cientistas liderados por Doyeon Kim, um sismólogo e pós-doutorando da Universidade de Maryland, alimentou um algoritmo chamado Sequencer com sismogramas capturados de centenas de terremotos que ocorreram entre 1990 e 2018. Enquanto estudos sismológicos tendem a focar em bases de dados relativamente pequenas de atividades de terremotos locais, o Sequencer permitiu a Kim e seus colegas analisar 7 mil medidas de terremotos – cada um de uma magnitude de pelo menos 6.5 – que chacoalharam o mundo subterrâneo abaixo do Oceano Pacífico nas últimas três décadas.

“Esse estudo é muito especial porque, pela primeira vez, pudemos olhar sistematicamente para uma base de dados muito maior, que realmente cobre mais ou menos toda a bacia do Pacífico”, Kim disse numa ligação. Apesar de cientistas terem mapeado anteriormente estruturas nas profundezas da Terra, esse estudo apresenta uma rara oportunidade de “juntar tudo e tentar explicar essas estruturas num contexto global”, ele apontou.

Terremotos criam ondas símicas que viajam através do interior da Terra, onde elas são dispersas e distorcidas por estruturas no fundo do nosso planeta. Esses padrões distorcidos são capturados em sismogramas, que são registros da atividade da onda dentro da Terra, permitindo que os sismólogos capturem uma vislumbre raro do submundo inacessível do planeta.

A equipe focou em sismogramas produzidos por ondas secundárias (S) que viajam ao longo da fronteira entre o núcleo da Terra e a porção inferior do manto que o cerca. Essas são ondas mais lentas que vêm depois dos tremores iniciais de um terremoto, chamados ondas primárias (P), e geralmente produzem sinais mais claros.

“Normalmente, gostamos de usar as ondas S porque elas são maiores em amplitude e os dados são mais ou menos mais claros. porque há menos tráfego de ondas P”, disse Kim. Em particular, a equipe estava procurando por ondas secundárias difratando ao longo da fronteira entre o núcleo e o manto. “Como as ondas difratam ao longo da superfície, é uma ótima fase para observar essas estruturas acima da fronteira núcleo-manto”, apontou Kim.

Quando as ondas secundárias atingem essas estruturas, elas produzem um tipo de assinatura como um eco conhecida como “postcursor” (tem figuras úteis desse processo no site de Kim). Esses ecos indicam a presença de anomalias nas profundezas da Terra chamadas zonas de velocidade ultrabaixa (ULVZs), que são manchas densas na fronteira núcleo-manto.

Ninguém sabe exatamente como ULVZs se formaram ou do que elas são feitas, mas está claro que elas têm diâmetros de centenas de quilômetros e que são densas o suficiente para desacelerar as ondas que passam por elas.

Passando milhares de sismogramas pelo Sequencer, Kim e seus colegas descobriram que sinais postcursor fortes em sua base de dados emanam de baixo do Havaí e Ilhas Marquesas. Essa é uma evidência tentadora da existência de duas “mega-ULVZs”, zonas que se estendem por cerca de mil quilômetros ou mais.

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Enquanto a estrutura havaiana foi parcialmente mapeada em estudos anteriores, a equipe de Kim descobriu que sua dimensão é muito maior do que o esperado. Enquanto isso, a mega-ULVZ detectada sob as Ilhas Marquesas representa “uma anomalia localizada de velocidade de onda antes não-identificada”, segundo o estudo.

Mega-ULVZs são estruturas intrigantes não só por causa de seu tamanho, mas porque podem ser compostas de materiais exóticos de antes da Terra ter a Lua. Esses enormes pedaços anômalos podem ser material parcialmente derretido de antes do evento de formação da Lua, que os cientistas acreditam ter sido uma colisão gigantesca entre a Terra primordial e um objeto do tamanho de Marte há mais de quatro bilhões de anos.

“Isso é muito interessante porque pode indicar que mega-ULVZs são especiais e podem abrigar assinaturas geoquímicas primitivas que relativamente não se misturaram desde o começo da história da Terra”, disse Kim.

O novo estuda também demonstra as aplicações para algoritmos como o Sequencer, que usam um tipo especial de processo chamado aprendizado não-supervisionado, para processar bases de dados complexas como aquelas encontradas na astronomia, sismologia e incontáveis outras áreas científicas. Diferente de algoritmos de aprendizado supervisionados, que são treinados para classificar informações baseadas em rótulos conhecidos, algoritmos não-supervisionados são pensados para encontrar insights em bases de dados não-rotulados.

“E se não sabemos realmente o que procurar na base de dados?”, explicou Kim. “Essa é a questão típica que gostamos de pensar porque o manto inferior, o alvo do nosso estudo, ainda tem muita coisa desconhecida. Não é uma surpresa encontrar quase qualquer coisa no manto inferior, já que não podemos realmente entrar na Terra e olhar para ele com nossos próprios olhos.”

“Quando você usa um sequenciador, ele realmente encontra informação adicional escondida nessas bases de dados”, ele continuou. “Então, o que fizemos aqui foi encontrar um arranjo otimizado na base de dados em si. Não estamos realmente alterando a base de dados; não estamos fazendo nada além de rearranjar e encontrar arranjos otimizados. É isso que o Sequencer faz.”

A equipe planeja continuar desenvolvendo novas maneiras de investigar a Terra examinando ondas de alta frequência, que podem fornecer detalhes mais refinados sobre as estruturas enigmáticas na fronteira núcleo-manto. Os pesquisadores também esperam expandir sua base de dados para sismogramas produzidos sob o Oceano Atlântico.

“Esperamos que o Sequencer possa basicamente nos deixar usar todas essas bases de dados diversas e as juntar para procurar essas estruturas do manto inferior sistematicamente”, concluiu Kim. “Essa é nossa visão para o futuro, para responder mais perguntas sobre o manto inferior no geral.”

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