Uma equipe internacional de pesquisa interdisciplinar descobriu recentemente que uma enorme anomalia no interior da Terra pode ser um remanescente da colisão ocorrida há cerca de 4,5 bilhões de anos que formou a lua.

Essa pesquisa oferece novas e importantes perspectivas não apenas sobre a estrutura interna da Terra, mas também sobre sua evolução de longo prazo e a formação do sistema solar interno.

O estudo, que se baseou em métodos de dinâmica de fluidos computacional desenvolvidos pelo professor Deng Hongping do Observatório Astronômico de Xangai (SHAO) da Academia Chinesa de Ciências, foi publicado como destaque na capa da revista Nature em 2 de novembro.

A formação da lua tem sido um enigma persistente por várias gerações de cientistas. A teoria predominante sugere que, durante as últimas fases de crescimento da Terra, aproximadamente 4,5 bilhões de anos atrás, ocorreu uma enorme colisão conhecida como "impacto gigante" entre a Terra primordial (Gaia) e um proto-planeta do tamanho de Marte conhecido como Theia. Acredita-se que a lua tenha se formado a partir dos detritos gerados por essa colisão.

Simulações numéricas indicaram que a lua provavelmente herdou material principalmente de Theia, enquanto Gaia, devido à sua massa muito maior, foi apenas levemente contaminada pelo material de Theia.

Desde que Gaia e Theia eram formações relativamente independentes e compostas por materiais diferentes, a teoria sugeria que a lua - sendo dominada pelo material de Theia - e a Terra - sendo dominada pelo material de Gaia - deveriam ter composições distintas. No entanto, medições de isótopos de alta precisão revelaram posteriormente que as composições da Terra e da lua são surpreendentemente semelhantes, desafiando assim a teoria convencional da formação da lua.

Para refinar ainda mais a teoria da formação lunar, o professor Deng começou a conduzir pesquisas sobre a formação da lua em 2017. Ele concentrou-se em desenvolver um novo método de dinâmica de fluidos computacional chamado Meshless Finite Mass (MFM), que é especializado em modelar com precisão a turbulência e a mistura de materiais.

Usando essa abordagem inovadora e realizando numerosas simulações do impacto gigante, o professor Deng descobriu que a Terra primitiva exibia estratificação do manto após o impacto, com o manto superior e inferior tendo diferentes composições e estados. Especificamente, o manto superior apresentava um oceano de magma, criado através de uma mistura completa de material de Gaia e Theia, enquanto o manto inferior permanecia em grande parte sólido e mantinha a composição material de Gaia.

"Pesquisas anteriores haviam dado ênfase excessiva à estrutura do disco de detritos (o precursor da lua) e haviam negligenciado o impacto da colisão gigante na Terra primitiva", disse Deng.

Após discussões com geofísicos do Instituto Federal de Tecnologia da Suíça em Zurique, o professor Deng e seus colaboradores perceberam que essa estratificação do manto pode ter persistido até os dias atuais, correspondendo aos refletores sísmicos globais no manto médio (localizados a cerca de 1.000 km abaixo da superfície da Terra).

Especificamente, todo o manto inferior da Terra pode ainda ser dominado pelo material Gaiano pré-impacto, que possui uma composição elemental diferente (incluindo um teor de silício mais alto) do que o manto superior, de acordo com estudos anteriores do professor Deng.

"Nossas descobertas desafiam a noção tradicional de que o impacto gigante levou à homogeneização da Terra primitiva", disse o professor Deng. "Em vez disso, o impacto gigante formador da lua parece ser a origem da heterogeneidade do manto primitivo e marca o ponto de partida para a evolução geológica da Terra ao longo de 4,5 bilhões de anos".

Outro exemplo de heterogeneidade do manto da Terra são duas regiões anômalas chamadas Grandes Províncias de Baixa Velocidade (LLVPs), que se estendem por milhares de quilômetros na base do manto. Uma está localizada sob a placa tectônica africana e a outra sob a placa tectônica do Pacífico. Quando ondas sísmicas passam por essas áreas, a velocidade das ondas é significativamente reduzida.

As LLVPs têm implicações significativas para a evolução do manto, a separação e agregação de supercontinentes e as estruturas das placas tectônicas da Terra. No entanto, suas origens têm sido um mistério.

O Dr. Yuan Qian, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, juntamente com colaboradores, propôs que as LLVPs poderiam ter se originado de uma pequena quantidade de material de Theia que entrou no manto inferior de Gaia. Eles convidaram então o professor Deng para explorar a distribuição e o estado do material de Theia no interior profundo da Terra após o impacto gigante.

Através de uma análise aprofundada de simulações anteriores do impacto gigante e conduzindo novas simulações com maior precisão, a equipe de pesquisa descobriu que uma quantidade significativa de material de manto de Theia, aproximadamente 2% da massa da Terra, entrou no manto inferior de Gaia.

O professor Deng então convidou o astrofísico computacional Dr. Jacob Kegerreis para confirmar essa conclusão usando métodos tradicionais de hidrodinâmica de partículas suavizadas (SPH).

A equipe de pesquisa também calculou que esse material de manto de Theia, semelhante às rochas lunares, é enriquecido com ferro, tornando-o mais denso do que o material de Gaia circundante. Como resultado, ele afundou rapidamente até o fundo do manto e, ao longo da convecção do manto a longo prazo, formou duas regiões proeminentes de LLVP. Essas LLVPs permaneceram estáveis ​​ao longo de 4,5 bilhões de anos de evolução geológica.

A heterogeneidade no manto profundo, seja nos refletores do manto médio ou nas LLVPs na base, sugere que o interior da Terra está longe de ser um sistema uniforme e "entediante". Na verdade, pequenas quantidades de heterogeneidade profunda podem ser trazidas à superfície por plumas mantélicas - correntes térmicas ascendentes cilíndricas causadas pela convecção do manto - como as que provavelmente formaram o Havaí e a Islândia.

Por exemplo, geoquímicos que estudam as razões isotópicas de gases raros em amostras de basalto islandês descobriram que essas amostras contêm componentes diferentes dos materiais típicos da superfície. Esses componentes são remanescentes de heterogeneidade no manto profundo datando de mais de 4,5 bilhões de anos e servem como chaves para entender o estado inicial da Terra e até mesmo a formação de planetas próximos.

De acordo com o Dr. Yuan, "Através da análise precisa de uma ampla variedade de amostras de rochas, combinada com modelos mais refinados de impacto gigante e modelos de evolução da Terra, podemos inferir a composição material e a dinâmica orbital da Terra primordial, Gaia, e Theia. Isso nos permite delimitar toda a história da formação do sistema solar interno".

O professor Deng vê um papel ainda mais amplo para o estudo atual. "Essa pesquisa até mesmo fornece inspiração para entender a formação e habitabilidade de exoplanetas além do nosso sistema solar."

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