Transition between the Pacific and African mantle domains beneath southwest Pacific marginal basins

Profundamente sob a superfície da Terra, o interior do planeta não é uma sopa uniforme e agitada. Em vez disso, está dividido em vastas e distintas províncias que permaneceram separadas por centenas de milhões de anos. Imagine o manto como um oceano de rocha gigante e de movimento lento. Por muito tempo, os cientistas souberam que a rocha sob o Oceano Pacífico é quimicamente diferente da rocha sob os oceanos Atlântico e Índico. Essa diferença é um legado de como as placas tectônicas da Terra se moveram e colidiram ao longo de eras. À medida que as placas mergulham profundamente no manto, elas carregam pedaços da crosta terrestre com elas, alterando a composição química da rocha abaixo. Com o tempo, esse processo criou uma divisão nítida: um lado do planeta detém um estilo de manto "Pacífico", enquanto o outro detém um estilo "Africano". A grande questão para os geólogos tem sido exatamente por onde corre essa linha invisível e como ela se deslocou à medida que os continentes derivaram e os oceanos se abriram e fecharam.

Uma equipe de pesquisadores agora rastreou essa fronteira através das rochas do sudoeste do Pacífico, uma região onde a crosta da Terra tem se esticado e se quebrado por milhões de anos. Ao analisar as impressões digitais químicas de amostras de lava antigas do fundo do mar, eles descobriram que a linha divisória entre esses dois mundos de manto não é fixa no lugar. Em vez disso, ela se moveu e evoluiu, moldada pela história complexa das zonas de subducção, onde uma placa desliza sob outra. O trabalho deles revela que a fronteira não é apenas uma linha simples em um mapa, mas uma zona dinâmica que mudou sua posição e profundidade ao longo do tempo, deixando um registro claro nas rochas que se formaram ali.

Os cientistas focaram seu estudo em uma série de bacias no sudoeste do Pacífico, incluindo o Mar de Tasman, o Mar de Coral e a bacia de Santa Cruz. Essas áreas são especiais porque se formaram quando o antigo continente da Zealandia e o continente australiano começaram a se separar. Enquanto a terra se esticava e o fundo do oceano se expandia, o magma subia das profundezas da Terra para preencher as lacunas, criando nova rocha. Os pesquisadores coletaram amostras dessa rocha, especificamente procurando por basaltos de dorsal oceânica, que são o tipo mais comum de lava encontrado no fundo do oceano, e basaltos de ilha oceânica, que são semelhantes às lavas encontradas em ilhas vulcânicas como o Havaí. Eles dataram essas rochas para determinar quando se formaram, com algumas amostras tendo 84 milhões de anos e outras tão jovens quanto 22 milhões de anos.

Para entender a origem dessas rochas, a equipe mediu as proporções de elementos específicos nelas contidos, como estrôncio, neodímio, chumbo e háfnio. Esses elementos atuam como um cartão de identidade química para a fonte do manto. Os pesquisadores encontraram um padrão claro: as rochas das bacias marginais continentais mais antigas, que se formaram entre 84 e 50 milhões de anos atrás, carregavam a assinatura química do domínio do manto "Africano". Isso era verdade mesmo embora essas bacias estejam localizadas na região do Pacífico. Em contraste, as rochas mais jovens, formadas após 50 milhões de anos nas bacias oceânicas mais a leste, mostraram a assinatura distinta do manto "Pacífico". Essa mudança sugere que a fronteira entre os dois domínios de manto estava outrora localizada mais a leste, logo ao longo da margem do continente da Zealandia, antes de se mover para sua posição atual.

O estudo também examinou as partes mais profundas do manto, examinando rochas que se formaram a partir de pontos quentes (hotspots), que são plumas de material quente subindo do fundo do manto. Os pesquisadores descobriram que os hotspots no norte, como as cadeias Tasmantid e Lord Howe, produziram rochas com uma assinatura química conhecida como EM-1, que é associada ao domínio do manto africano enriquecido. No entanto, os hotspots no sul, perto das margens da Zealandia e da Antártida, produziram rochas com uma assinatura diferente chamada HIMU, que é ligada ao manto profundo do Pacífico. Isso indica que, enquanto a camada superior do manto nesta região era dominada pelo estilo africano, o manto profundo abaixo dela ainda era de natureza pacífica. Os dois domínios estavam empilhados um sobre o outro, criando um efeito de camadas complexo.

Uma das principais descobertas do artigo é que a fronteira entre esses dois mundos de manto não é definida pelas zonas de subducção modernas que vemos hoje. Por muito tempo, os cientistas pensaram que a atual zona de subducção, onde a placa do Pacífico mergulha sob a placa australiana, marcava a linha divisória. No entanto, a evidência química das rochas mais antigas mostra que essa linha estava outrora muito mais a leste, ao longo da margem continental da Zealandia. Os pesquisadores argumentam que o movimento da zona de subducção ao longo do tempo, especificamente uma reversão na direção da subducção por volta de 50 milhões de anos atrás, empurrou a fronteira para o oeste. Esse movimento permitiu que o manto do Pacífico fluísse para a área que era anteriormente dominada pelo manto africano.

O estudo também descarta várias outras explicações para as diferenças químicas observadas nas rochas. Os pesquisadores consideraram se a mistura de materiais de sedimentos subduzidos ou a fragmentação da antiga crosta continental poderia explicar os padrões, mas os dados não sustentaram essas ideias. Em vez disso, as evidências apontam fortemente para o movimento dos próprios domínios do manto como o principal motor. As assinaturas químicas são muito distintas e disseminadas para serem o resultado de contaminação local ou mistura em pequena escala. Os padrões sugerem um processo global de grande escala, onde o manto profundo permaneceu separado em dois domínios distintos por centenas de milhões de anos.

Ao combinar os dados químicos com modelos de como as placas da Terra se moveram ao longo do tempo, os pesquisadores foram capazes de reconstruir a história dessa fronteira. Eles propõem que, durante o tempo em que o supercontinente Pangeia estava se montando, a subducção de longo prazo da placa do Pacífico criou um anel de manto enriquecido ao redor do Oceano Pacífico. Esse anel atuou como uma barreira, mantendo os domínios de manto Pacífico e Africano separados. À medida que os continentes se fragmentavam e as zonas de subducção mudavam, a fronteira entre esses domínios se movia, mas a diferença química fundamental permanecia. O estudo fornece um mapa detalhado de como essa fronteira evoluiu, mostrando que é uma característica de primeira ordem do manto da Terra que persistiu através de múltiplos ciclos de formação e fragmentação de supercontinentes.

As implicações deste trabalho estendem-se para além da compreensão da história do sudoeste do Pacífico. Oferece uma nova maneira de olhar para como o interior da Terra funciona em escala global. O fato de esses domínios de manto terem permanecido distintos por tanto tempo sugere que o interior da Terra é mais estável e organizado do que se pensava anteriormente. O movimento da fronteira não é aleatório, mas é impulsionado pelas forças de grande escala da tectônica de placas. Isso ajuda os cientistas a compreender melhor a evolução de longo prazo do planeta e como o interior profundo influencia a superfície. O estudo também destaca a importância de observar tanto as partes rasas quanto as profundas do manto para obter uma imagem completa, já que as duas camadas podem se comportar de forma diferente e contar partes diferentes da história.

No fim, a pesquisa pinta um quadro de uma Terra dinâmica, onde as fronteiras entre suas províncias internas não são fixas, mas estão sendo constantemente remodeladas pelo movimento das placas acima. As impressões digitais químicas nas rochas do sudoeste do Pacífico servem como uma cápsula do tempo, preservando a história desses movimentos e do deslocamento dos domínios do manto. As descobertas confirmam que a divisão entre o manto do Pacífico e o do África é uma fronteira real e física que se moveu ao longo do tempo, deixando um registro claro nas rochas que se formaram ali. Este trabalho ajuda a preencher as lacunas em nossa compreensão do interior profundo da Terra e fornece uma visão mais clara de como o planeta mudou ao longo dos últimos centenas de milhões de anos.