Dating ductile deformation of the Earth’s crust: the critical role of fluids

A crosta terrestre não é uma camada estática; é uma camada dinâmica que se desloca, dobra e estica constantemente sob imensa pressão. Quando as rochas nas profundezas do subsolo são comprimidas e aquecidas, elas nem sempre quebram como um vidro quebradiço. Em vez disso, podem fluir lentamente ao longo de milhões de anos, um processo conhecido como deformação dúctil. Esse movimento lento e plástico é crucial para compreender como as cadeias montanhosasas se formam e como o planeta libera tensão. Para construir modelos precisos desses eventos, os geólogos precisam saber exatamente quando as rochas estavam se movendo. No entanto, determinar a idade desse fluxo lento tem sido, há muito tempo, um enigma. Os métodos tradicionais frequentemente assumem que, à medida que as rochas se deformam, seus relógios químicos internos são automaticamente reiniciados, fornecendo uma marca temporal clara para o evento. Mas essa suposição baseia-se na ideia de que as rochas são perfeitamente misturadas e quimicamente uniformes, uma ideia que é difícil de verificar sem olhar extremamente de perto para o mundo microscópico dentro da rocha.

Uma equipe de pesquisadores de universidades da Suíça e da Alemanha desafiou agora essa suposição de longa data ao examinar uma fatia específica da crosta terrestre nos Alpes Suíços. Eles focaram em uma zona onde o granito antigo havia sido espremido em uma rocha de grãos finos e fluida chamada milonito. Ao combinar mapas químicos de alta resolução com técnicas de datação precisas, descobriram que o simples ato de espremer a rocha não é suficiente para reiniciar seu relógio interno. Em vez disso, descobriram que a presença de fluidos ricos em água é o ingredio essencial que permite que os sistemas químicos da rocha se reiniciem e registrem o tempo da deformação. Essa descoberta altera a forma como os cientistas interpretam a história da formação das montanhas, sugerindo que, sem fluido, a rocha retém memórias antigas de seu passado, mesmo enquanto está sendo esmagada e remodelada.

Os pesquisadores estudaram uma seção da napa de Gotthard, uma enorme placa de rocha nos Alpes Suíços que foi empurrada para cima durante a colisão das placas tectônicas Europeia e Adriática. Eles coletaram amostras de granito que haviam sido deformadas em graus variados, desde rochas que foram apenas levemente esticadas até rochas que foram moídas até se tornarem um milonito fino e ultra-liso. Usando microscópios avançados e analisadores químicos, criaram mapas detalhados dos minerais dentro dessas rochas, especificamente observando a mica branca, a biotita e o feldspato. Esses minerais atuam como relógios naturais porque contêm elementos radioativos que decaem a uma taxa conhecida, permitindo que os cientistas calculem há quanto tempo os minerais se formaram ou foram quimicamente reiniciados pela última vez. A equipe utilizou dois métodos de datação diferentes, um baseado no gás argônio preso nos minerais e outro baseado na razão de isótopos de estrôncio, para medir a idade de diferentes partes da mesma amostra de rocha.

O que encontraram foi surpreendente. Nas rochas que foram apenas moderadamente deformadas, os relógios químicos mostraram uma ampla gama de idades, algumas muito antigas e outras mais jovens. À medida que se aproximavam das partes mais intensamente deformadas da zona de cisalhamento, onde a rocha havia sido moída como uma pasta fina, esperavam encontrar uma idade única e uniforme que representasse o tempo do esmagamento. Em vez disso, descobriram que as rochas mais deformadas ainda continham quantidades significativas de material antigo não reiniciado. A abundância desses "relictos" isotópicos antigos aumentava com a intensidade da deformação. Isso contradisse diretamente a hipótese de que a deformação e as reações químicas ocorrem em perfeito sincronismo. Se a rocha estivesse sendo simplesmente misturada pelo estresse físico da formação da montanha, as assinaturas químicas antigas deveriam ter sido apagadas. O fato de elas permanecerem sugere que a tensão física sozinha não pode reiniciar o relógio interno da rocha.

A chave para desbloquear o verdadeiro tempo da deformação residia nos fluidos. Os pesquisadores identificaram três gerações distintas de minerais. Os minerais mais antigos, que se formaram antes do início da formação da montanha, foram preservados nos núcleos de alguns cristais. Uma segunda geração formou-se durante o pico da formação da montanha, mas esses minerais só reiniciaram totalmente seus relógios químicos em áreas onde os fluidos estavam presentes. A terceira geração surgiu mais tarde, durante uma fase de resfriamento, e estava claramente ligada à chegada de novos fluidos que causaram a mudança na composição dos minerais. Ao separar cuidadosamente essas diferentes gerações minerais com base em suas impressões digitais químicas, a equipe foi capaz de localizar momentos específicos no tempo. Eles determinaram que a fase principal da formação da montanha e a deformação dúctil associada ocorreram aproximadamente entre 18,8 milhões e 17,1 milhões de anos atrás. Uma fase posterior de resfriamento e movimento de fluidos ocorreu por volta de 13,3 milhões de anos atrás.

O estudo também revelou que os fluidos foram os principais impulsionadores do (re)equilíbrio químico e isotópico, em vez do esmagamento físico da rocha ou apenas da temperatura. Embora as rochas não estivessem em um sistema perfeitamente fechado, os pesquisadores descobriram que a milonitização ocorreu em um sistema semi-fechado com acesso limitado a fluidos derivados externamente. Nas zonas mais deformadas, as assinaturas químicas indicaram que os fluidos eram escassos, razão pela qual os sinais isotópicos antigos persistiram apesar da intensa tensão. Foi apenas onde os fluidos facilitaram as reações que os relógios isotópicos foram reiniciados para registrar a idade da deformação. Os pesquisadores concluíram que o movimento de fluidos, e não o esmagamento físico da rocha ou a temperatura isoladamente, foi o principal motor que permitiu que os minerais se reequilibrassem e registrassem a idade da deformação. Isso significa que, para datar com precisão quando uma cadeia de montanhas estava sendo construída, os geólogos devem primeiro compreender o papel dos fluidos e usar o mapeamento químico para distinguir entre os minerais que se formaram durante o evento e aqueles que são apenas restos antigos.

Este trabalho tem implicações significativas para a forma como calculamos a velocidade com que a crosta terrestre se deforma. Ao identificar os minerais específicos que foram reiniciados pelos fluidos durante a deformação, os pesquisadores calcularam uma taxa de deformação de aproximadamente $8,68 \times 10^{-14}$ por segundo. Esta é uma medida de quão rápido a rocha estava se esticando. Sua estimativa é mais precisa do que cálculos anteriores porque evita a mistura de minerais antigos e novos, um erro comum em estudos anteriores. Essa taxa precisa ajuda os cientistas a ligar o movimento lento e profundo da crosta terrestre aos terremotos mais rápidos e frágeis que ocorrem perto da superfície. Mostra que o acúmulo lento de tensão no meio da crosta pode estar diretamente conectado à liberação súbita de energia na crosta superior.

As descobertas também fornecem um quadro mais claro da história geológica dos Alpes. O tempo da deformação alinha-se com o movimento para oeste da cordilheira, sugerindo uma ligação direta entre o estiramento dúctil profundo da crosta e o dobramento mais superficial que criou as Montanhas Jura. O estudo mostra que a rocha foi exumada, ou trazida à superfície, de uma profundidade de cerca de 33 quilômetros para cerca de 16 quilômetros ao longo de um período de quatro milhões de anos, resfriando de temperaturas de aproximadamente 537 graus Celsius para 340 graus Celsius. Esse resfriamento e ascensão ocorreram a uma taxa de cerca de 4,3 quilômetros por milhão de anos.

Em última análise, esta pesquisa demonstra que a história da formação das montanhas está escrita nos detalhes químicos das rochas, mas apenas se soubermos lê-los. A presença de fluidos é a chave essencial que permite que os relógios internos das rochas sejam reiniciados e registrem o tempo da deformação. Sem fluidos, a rocha retém sua história antiga, mesmo enquanto está sendo remodelada. Essa percepção força uma mudança na forma como os geólogos abordam a datação da crosta terrestre. Não basta apenas esmagar uma rocha e datá-la; os cientistas devem agora mapear a composição química dos minerais para encontrar as partes específicas que foram reiniciadas pelos fluidos. Essa abordagem garante que as datas obtidas reflitam verdadeiramente o momento em que as montanhas estavam sendo construídas, em vez de uma mistura de eventos antigos e novos. O estudo confirma que os fluidos, e não apenas o calor ou a pressão, são os principais motores da mudança química no interior da Terra, e que compreender essa relação é vital para reconstruir a história dinâmica do planeta.