Em um novo estudo publicado na revista Nature Geoscience, a equipe constatou que a formação de uma crosta continental duradoura exigia temperaturas extremas – superiores a 900 graus Celsius – na parte inferior da crosta terrestre. Essas condições intensas permitiram que elementos radioativos como urânio e tório se movessem para cima. À medida que esses elementos se degradavam, geravam calor e, ao migrar do fundo da crosta para níveis superiores, transportavam calor para longe. Este processo ajudou a resfriar e solidificar a parte inferior da crosta, conferindo-lhe força.

Segundo os pesquisadores, os resultados vão além da compreensão da geologia da Terra. Eles também podem ajudar em esforços contemporâneos para localizar minerais críticos valiosos, essenciais para tecnologias como smartphones, veículos elétricos e sistemas de energia renovável, assim como orientar a busca por planetas potencialmente habitáveis em outros lugares.

Os mesmos processos que estabilizaram a crosta terrestre também redistribuíram elementos raros como lítio, estanho e tungstênio, revelando novas pistas sobre onde esses minerais podem ser encontrados atualmente. Mecanismos semelhantes impulsionados pelo calor poderiam ocorrer em outros planetas rochosos, oferecendo aos cientistas planetários pistas adicionais para identificar mundos capazes de sustentar vida.

“Continentes estáveis são um pré-requisito para a habitabilidade, mas para que alcançem essa estabilidade, precisam esfriar,” afirmou Andrew Smye, professor associado de geociências da Penn State e autor principal do estudo. “Para esfriar, eles precisam deslocar todos esses elementos que geram calor – urânio, tório e potássio – em direção à superfície, pois se esses elementos permanecerem nas profundezas, criam calor e derretem a crosta.”

Smye explicou que a crosta continental da Terra, como a conhecemos hoje, começou a se formar há cerca de 3 bilhões de anos. Antes disso, a crosta do planeta era bastante diferente, carecendo da composição rica em silício dos continentes modernos. Os cientistas suspeitavam há muito tempo que o derretimento da crosta mais antiga desempenhava um papel importante na formação das placas continentais estáveis, mas este estudo mostra que o processo exigia temperaturas muito mais altas do que se imaginava anteriormente.

“Basicamente, encontramos uma nova receita para a formação de continentes: eles precisam ser aquecidos a temperaturas muito mais elevadas do que se pensava, cerca de 200 graus a mais,” disse Smye.

Ele comparou o processo à forja do aço.

“O metal é aquecido até se tornar suficientemente macio para ser moldado mecanicamente por golpes de martelo,” explicou Smye. “Esse processo de deformar o metal sob temperaturas extremas realinha a estrutura do metal e remove impurezas – ambos os quais fortalecem o material, culminando na resistência que define o aço forjado. Da mesma forma, as forças tectônicas aplicadas durante a criação de cadeias montanhosas moldam os continentes. Demonstramos que essa forja da crosta requer um forno capaz de temperaturas ultra-altas.”

Para chegar a essas conclusões, os pesquisadores analisaram amostras de rochas dos Alpes na Europa e do sudoeste dos Estados Unidos, juntamente com dados de estudos científicos anteriores. Eles examinaram informações químicas de centenas de amostras de rochas metassedimentares e metagenéticas, que formam grande parte da crosta inferior, e as organizaram com base em suas temperaturas metamórficas máximas – as mais altas que as rochas alcançaram enquanto permaneceram em sua maioria sólidas, mas sofreram mudanças físicas e químicas.

A equipe comparou rochas formadas sob condições de alta temperatura (HT) e ultra-alta temperatura (UHT). Smye e seu co-autor, Peter Kelemen, professor de ciências da terra e ambientais na Columbia University, descobriram que as rochas que derreteram a temperaturas acima de 900 °C consistentemente apresentavam quantidades muito menores de urânio e tório do que aquelas formadas em condições mais frias.

“É raro ver um sinal consistente em rochas de tantos locais diferentes,” ele disse. “É um daqueles momentos de eureka em que você pensa ‘a natureza está tentando nos dizer algo aqui.'”

Ele explicou que o derretimento na maioria dos tipos de rochas ocorre quando a temperatura ultrapassa 650 °C, ou um pouco mais de seis vezes a temperatura de ebulição da água. Normalmente, quanto mais profundo na crosta, a temperatura aumenta cerca de 20 °C a cada quilômetro de profundidade. Como a base da maioria das placas continentais estáveis tem cerca de 30 a 40 quilômetros de espessura, temperaturas de 900 °C não são típicas e exigiram que repensassem a estrutura de temperatura.

Smye explicou que, em períodos anteriores da história da Terra, a quantidade de calor produzida pelos elementos radioativos que compunham a crosta – urânio, tório e potássio – era aproximadamente o dobro do que é hoje.

“Havia mais calor disponível no sistema,” afirmou. “Hoje, não esperaríamos que tanta crosta estável fosse produzida porque há menos calor disponível para forjá-la.”

Ele acrescentou que compreender como essas reações de ultra-alta temperatura podem mobilizar elementos na crosta terrestre tem implicações mais amplas para entender a distribuição e concentração de minerais críticos, um grupo de metais altamente procurados que têm se mostrado desafiadores para minerar e localizar. Se os cientistas puderem entender as reações que inicialmente redistribuíram os elementos valiosos, teoricamente poderiam localizar novos depósitos desses materiais hoje.

“Se você desestabiliza os minerais que hospedam urânio, tório e potássio, também está liberando muitos elementos raros,” disse.

A investigação foi financiada pela Fundação Nacional de Ciências dos EUA.