Desvendando o mistério da formação do nosso planeta

Por vezes mesmo os mais pequenos fragmentos de rocha podem esconder grandes segredos. A recente análise química de rochas africanas revelou que os continentes atuais podem ter iniciado a sua formação mais de mil milhões de anos antes do que se pensava até agora.

O nosso globo sofreu alterações ao longo do tempo

A Terra formou-se há cerca de 4.6 mil milhões de anos, a partir de materiais de uma nuvem molecular gigantesca chamada nebulosa solar. A gravidade levou estes materiais a condensar-se numa esfera – a Terra, com os mais densos a formarem o núcleo e os menos densos na constituição do manto. A crusta e a parte superior do manto – que em conjunto constituem a litosfera – formaram placas rigidas, que se deslocam horizontalmente sobre uma zona inferior do manto mais maleável – a astenosfera (figura 1).

A distribuição destas placas sofreu alterações drásticas ao longo do tempo (figura 2). Há cerca de 2.5 a 4 mil milhões de anos – durante o eon Arcaico – a litosfera foi fragmentada em placas bastante mais pequenas que os atuais continentes. Mais tarde, durante o eon Proterozóico, essas placas juntaram-se formando um único supercontinente chamado Rodinia. É normalmente aceite que era esta a situação há mil milhões de anos. Subsequentemente, os continentes começaram a separar-se desta massa continental, formando progressivamente o planeta que conhecemos hoje. A fragmentação do Rodinia é conhecida como moderna tectónica de placas, que se pensa ter começado há cerca de 900 milhões de anos.

À medida que este processo ocorre, as placas colidem. O movimento de uma placa por baixo de outra e o seu mergulho no manto, chama-se subducção (figura 1). A subducção é um processo lento que ocorre a pressões elevadas (cerca de 10 kbar) e a temperaturas inferiores a 500 ºC, e com um gradiente térmico inferior a 15 ºC por quilómetro.

Verificação da idade das rochas africanas

Na verdade, não nos preparámos para investigar a tectónica de placas. O objectivo do nosso estudo era utilizar uma nova técnica para conhecer melhor a formação das rochas metamórficas há cerca de 2 mil milhões de anos. Não esperávamos que o nosso trabalho tivesse implicações na tectónica de placas, que geralmente se pensa ter começado mil milhões de anos mais tarde.

Na primeira fase do nosso estudo visitámos várias centenas de sitios geológicos em África (figura 3) e coleccionámos amostras de ‘rochas verdes’. Sabe-se que estas rochas sofreram metamorfismo –transformação de um tipo de rocha noutro – há cerca de 2 mil milhões de anos. Com base em conhecimentos prévios sobre rochas metamórficas deste período, pensava-se que se teriam formado em condições de baixa pressão (até 5kbar) e a temperaturas entre 200 e 700 ºC.

Em seguida, investigámos a composição mineralógica de amostras destas rochas por análise de microssonda electrónica. É um conjunto de técnicas que incluem a microscopia e a produção de imagens por difração de electrões, que diferenciam os elementos pesados, os quais dispersam melhor os electrões, dos elementos leves que não o fazem. Também realizámos o mapeamento químico, que mostra a localização de determinados minerais nas amostras.

Além disso, realizámos experiências na European Synchrotron Radiation Facility (ESRF; Ver caixa) para decifrar a estrutura química pormenorizada de algumas das amostras. Os raios-X do sincrotron são biliões de vezes mais brilhantes que os raios produzidos por um aparelho hospitalar de raios-X, permitindo uma resolução da estrutura da matéria com detalhes impossíveis de obter com raios-X normais.

Utilizando laminas muito finas de rocha, pudemos determinar a sua composição química. Descobrimos que continham quartzo, granada, fengite, clorite e óxidos de ferro (figuras 4 e 5). Mas qual a relação destes dados com o processo de formação das rochas e em que condições?

Para interpretar os resultados, realizámos cálculos em computador com base em diferentes parâmetros químicos que medimos. Por exemplo, analisámos a relação H₂O:CO₂ nos fluidos aprisionados no quartzo, e medimos a relação Fe³⁺:Fe²⁺ presente nas rochas (figura 5). Existem diferentes clorites (p. ex. clorite de magnésio, clorite de ferro) e várias formas de fengite (que podem conter, por exemplo, magnésio ou ferro). As variedades de clorites e fengites observadas nas rochas metamórficas dependem das condições existentes no momento de formação da rocha. Estas condições são as relações H₂O:CO₂ e Fe³⁺:Fe²⁺ assim como a pressão e a temperatura. A determinação destas relações nas nossas amostras permitiu-nos viajar para trás no tempo e calcular com precisão as condições de temperatura e pressão em que as rochas se formaram.

Revolucionar a tectónica de placas actual

Através destes cálculos, demonstrámos que a composição da clorite e da fengite nas rochas da África ocidental foi conseguida a pressão elevada (cerca de 10 kbar) e a temperatura reduzida, inferior a 500 ºC. Foi uma surpresa, porque estas condições de pressão e temperatura encontram-se em zonas de subducção. Como as rochas que estudámos têm mais de 2 mil milhões de anos, os resultados implicam que a tectónica de placas já existia há 2 mil milhões de anos, muito antes dos 900 milhões de anos que os cientistas consideravam ser correto.

A nossa investigação modificou o conhecimento científico sobre a geodinâmica da Terra. Quando começou, então, a tectónica de placas? Qual a extensão destes movimentos continentais gigantescos? Para resolver estas questões o nosso próximo passo será estudar rochas da mesma idade e outras mais antigas. Planeamos, em particular, visitar Yilgarn Craton na Austrália e a região de Barberton na África do Sul, para estudar as rochas metamórficas que contêm clorite e fengite.

Mais sobre a ESRF

O European Synchrotron Radiation Facility (ESRF^w1) é um dos mais importantes produtores de raios-X do mundo. Milhares de cientistas chegam anualmente ao ESRF para realizar experiências ligadas à ciência de materiais, biologia, medicina, física, química e paleontologia. O ESRF é membro doEIROforum^w2, o editor da Science in School.

Agradecimentos

Os autores querem agradecer o apoio de Dominique Cornuéjols, do departamento de comunicação do ESRF, na preparação e tradução de materiais para este artigo.