As misteriosas cordilheiras que ficam nas profundezas da Terra

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O interior do planeta contém cadeias de montanhas com picos de até quatro vezes a altura do Everest — e os cientistas ainda não sabem por quê.
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Por BBC
18/06/2023 17h30 Atualizado há uma hora
Postado em 18 de junho de 2023 às 18h30m
 
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Grupo montou estações sismológicas na Antártida — Foto: Getty Images via BBC

Era um dia reluzente de verão na Antártida. Com os cílios congelados, Samantha Hansen olhou para a paisagem amorfa: uma parede branca, na qual a parte de cima era igual à parte de baixo, e o chão se misturava perfeitamente com o céu.

Em meio a essas condições desconcertantes, com temperaturas girando em torno de -62°C, ela identificou um local adequado na neve e pegou uma pá.

Hansen estava no inóspito interior do continente branco. Não na pitoresca — e um pouco mais quente — Antártida em que chegam as excursões de cruzeiros, mas em um ambiente implacável onde nem mesmo a vida selvagem se aventura.

Como parte de uma equipe da Universidade do Alabama e da Universidade Estadual do Arizona, ambas dos Estados Unidos, ela estava em busca de cadeias de "montanhas" escondidas: picos em que nenhum explorador jamais pisou, que a luz do Sol nunca iluminou.

Essas montanhas estão localizadas nas profundezas da Terra.

Era 2015, e os pesquisadores estavam na Antártida para montar uma estação sismológica — um equipamento parcialmente enterrado na neve que permite estudar o interior do nosso planeta. Ao todo, a equipe instalou 15 em toda a Antártida.

As estruturas com formas de montanhas que eles revelaram são completamente misteriosas. Mas a equipe de Hansen descobriu que essas zonas de velocidade ultrabaixa, ou ULVZs, como são conhecidas, provavelmente também são muito comuns.

"Encontramos evidências de ULVZ em todas as partes", diz Hansen.

A questão é: o que elas são? E o que estão fazendo dentro do nosso planeta?

As montanhas no interior da Terra ficam entre o núcleo metálico do planeta e o manto rochoso circundante — Foto: Getty Images via BBC

Uma história misteriosa

As estranhas montanhas no interior da Terra surgem em um local crítico, entre o núcleo metálico do planeta e o manto rochoso que o envolve.

Essa transição abrupta é, como afirma a equipe de Hansen, ainda mais drástica do que a mudança nas propriedades físicas entre a rocha sólida e o ar. E tem intrigado especialistas por décadas.

Embora essa "fronteira" entre o núcleo e o manto esteja a milhares de quilômetros da superfície da Terra, há uma quantidade de troca surpreendente entre suas profundezas e o nosso próprio mundo.

Acredita-se que seja uma espécie de cemitério de pedaços antigos do fundo do oceano — e pode até estar por trás da existência de vulcões em lugares inesperados, como o Havaí, ao criar caminhos superaquecidos até a crosta.

A detecção de montanhas nas profundezas da Terra começou em 1996, quando os cientistas exploraram o limite entre o núcleo e o manto bem abaixo do Oceano Pacífico central.

Eles fizeram isso estudando as ondas sísmicas criadas por grandes eventos de tremores de terra: geralmente terremotos, embora bombas nucleares possam gerar o mesmo efeito.

Essas ondas atravessam a Terra e podem ser captadas por estações sismológicas em outros lugares da superfície — às vezes, a mais de 12.742 km de distância de onde se originaram.

Ao analisar os caminhos que as ondas seguem à medida que viajam, como são refratadas por diferentes materiais, os cientistas podem montar uma imagem semelhante às imagens de raios-X do interior do planeta.

Quando os pesquisadores observaram as ondas geradas por 25 terremotos, descobriram que elas desaceleraram inexplicavelmente quando atingiram um trecho irregular no limite entre o núcleo e o manto.

O que podem ser?

Esta vasta cordilheira, que parecia de outro mundo, era muito variável: alguns picos chegavam a 40 km em direção ao manto, o que equivale a 4,5 vezes a altura do Everest; outros tinham apenas 3 km de altura.

Desde então, montanhas semelhantes foram encontradas em locais espalhados ao redor do núcleo. Algumas são particularmente grandes — um espécime monstruoso ocupa uma área de 910 km de largura abaixo do Havaí.

No entanto, até hoje, ninguém sabe como elas chegaram ali ou do que são feitas.

Uma teoria é que as montanhas são partes do manto inferior que ficaram superaquecidas devido à sua proximidade do núcleo incandescente da Terra.

O manto pode chegar a 3.700°C, mas essa temperatura é relativamente baixa: o núcleo pode atingir máximas de 5.500°C, não muito longe da temperatura na superfície do Sol.

Foi sugerido que as partes mais quentes do limite entre o núcleo e o manto podem fundir parcialmente, e é isso que os geólogos veem como ULVZ.

Outra teoria indica que as montanhas nas profundezas da Terra podem ser feitas de um material sutilmente diferente do manto circundante.

Acredita-se que elas poderiam ser os restos da antiga crosta oceânica que desapareceu em suas profundezas, e acabou afundando ao longo de centenas de milhões de anos para se estabelecer logo acima do núcleo.

No passado, os geólogos procuraram pistas em um segundo quebra-cabeça.

As montanhas nas profundezas da Terra tendem a ser encontradas perto de outras estruturas misteriosas: bolhas enormes ou Grandes Províncias de Baixa Velocidade de Cisalhamento (LLSVP, na sigla em inglês).

Há apenas duas: uma protuberância amorfa chamada "Tuzo", abaixo da África, e outra conhecida como "Jason", abaixo do Pacífico.

Acredita-se que elas sejam verdadeiramente primitivas, possivelmente com bilhões de anos. E ninguém sabe o que são ou como chegaram lá, mas a proximidade com as montanhas leva a crer que estão ligadas de alguma forma.

Uma maneira de explicar essa associação é que, na verdade, tudo começou com placas tectônicas deslizando para o manto da Terra e afundando até o limite entre o núcleo e o manto. Na sequência, se espalharam lentamente para formar uma variedade de estruturas, deixando um rastro de montanhas e bolhas.

Se for assim, isso significaria que ambas são feitas de crosta oceânica antiga: uma combinação de rocha basáltica e sedimentos do fundo do oceano, ainda que transformados pelo intenso calor e pressão.

Mas a existência de montanhas profundas abaixo da Antártida poderia contradizer isso, sugere Hansen.

"A maior parte da nossa região de estudo, o hemisfério sul, está bem longe dessas estruturas maiores."

Uma busca gelada

Para montar suas estações sismológicas na Antártida, Hansen e sua equipe voaram para os locais apropriados em helicópteros e pequenos aviões, colocando os equipamentos na neve, alguns próximos à costa, sob olhares curiosos de pinguins e lontras.

Demorou apenas alguns dias para eles obterem os primeiros resultados.

Os instrumentos podem detectar terremotos em quase qualquer lugar do planeta. "Se for grande o suficiente, podemos vê-lo", diz Hansen, e há muitas oportunidades assim.

O Centro Nacional de Informações sobre Terremotos dos EUA registra cerca de 55 no mundo todo diariamente.

Embora a identificação de cordilheiras nas profundezas da Terra já tivesse sido feita antes, ninguém havia verificado abaixo da Antártida.

Não estão perto de nenhuma das bolhas misteriosas, tampouco perto de onde placas tectônicas tenham mergulhado recentemente.

Mas, para surpresa da equipe, eles as encontraram em todos os locais em que coletaram amostras.

Anteriormente, pensava-se que as montanhas estivessem espalhadas perto de pontos ocupados por bolhas, mas os resultados de Hansen sugerem que elas podem formar um "cobertor" contínuo que envolve o núcleo da Terra.

As estações sismológicas permitiram detectar essas misteriosas montanhas no interior da Terra — Foto: Getty Images via BBC

Testar essa tese vai exigir muito mais estudos: antes da pesquisa na Antártida, apenas 20% do limite entre o núcleo e o manto havia sido verificado.

"Mas esperamos preencher essa lacuna", diz Hansen, que explica que isso também depende do desenvolvimento de novas técnicas para identificar estruturas menores.

Em algumas regiões, as estruturas ULVZ parecem mais planaltos estreitos do que montanhas, então ainda não é possível ver toda a camada; elas não aparecem nos sismógrafos, se é que estão ali.

No entanto, se as montanhas realmente são tão difundidas, isso teria implicações tanto no que se refere a de que são feitas quanto em como estão ligadas a estruturas de bolhas maiores.

Poderiam os restos de placas tectônicas menores, do tamanho de montanhas, realmente terem se espalhado tão longe das bolhas maiores?

Independentemente do que descobrirmos, é estranhamente apropriado que a paisagem alienígena e gelada da Antártida tenha nos fornecido pistas sobre as curiosas montanhas superaquecidas nas profundezas da Terra.

Leia a versão original deste artigo em inglês no site BBC Future.

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O que é o 'problema dos beijos' que atormenta os matemáticos há séculos

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De canhões a computadores, um mistério parcialmente resolvido tornou a vida mais difícil para alguns e mais fácil para outros.
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Por BBC
18/06/2023 09h40 Atualizado há 30 minutos
Postado em 18 de junho de 2023 às 10h10m
 
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Walter tinha uma dúvida sobre suas balas de canhão — Foto: Getty Images via BBC

Tudo começou no século 16 com o famoso explorador ou pirata (dependendo do seu ponto de vista) Walter Raleigh. Mas ele não era matemático nem, pelo que sabemos, tinha problemas com beijos.

O que ele tinha eram balas de canhão e uma pergunta: qual era a maneira mais eficaz de empilhá-las para minimizar ao máximo o espaço que ocupavam em suas embarcações?

Era um problema matemático — e, na matemática, essas balas são esferas e "beijo" (ou ósculo) pode ser uma forma de chamar os pontos em que uma esfera toca a outra.

A questão de Raleigh geraria um mistério matemático que povoaria mentes brilhantes por centenas de anos.

Ele fez a pergunta a seu consultor científico em uma viagem à América em 1585, o ilustre matemático Thomas Harriot, que deu a ele uma solução:

A melhor maneira de armazenar suas balas de canhão era organizá-las em forma de pirâmide.

Em um manuscrito de 1591, Harriot fez para ele uma tabela mostrando como, dado o número de balas de canhão, alguém poderia calcular quantas colocar na base de uma pirâmide com uma base triangular, quadrada ou oblonga (alongada).

Mas Harriot continuou pensando sobre o assunto, e levou em consideração as implicações para a teoria atômica da matéria, que estava em voga na época.

Este método minimiza o espaço e aproveita o vão que se forma entre as esferas da camada anterior — Foto: Getty Images via BBC

Ao comentar sobre essa teoria em correspondência com o amigo Johannes Kepler, o famoso astrônomo, ele mencionou o problema do armazenamento.

Kepler supôs que a maneira ideal de minimizar o espaço deixado pelas lacunas entre as esferas era fazer com que os centros das esferas em cada camada ficassem acima de onde as esferas da parte de baixo se "beijavam".

Isso é o que muitas vezes se faz com as frutas nos mercados, por exemplo.

Essa forma, que parece tão intuitivamente óbvia, se revelou extremamente difícil de provar matematicamente.

Embora muitos tenham tentado, incluindo Johann Carl Friedrich Gauss, "o príncipe da matemática", a mesma só foi comprovada quase quatro séculos depois, em 1998, com o trabalho de Thomas Hales, da Universidade de Michigan, nos EUA, e o poder de um computador.

E nem sequer essa verificação convenceu todos os matemáticos; ainda hoje há quem não a considere digna da conjectura de Kepler — que indica que se empilhamos esferas iguais, a densidade máxima é alcançada com um empilhamento piramidal de faces centradas.

As incógnitas das esferas

Essa não foi a única dor de cabeça causada por objetos esféricos.

Na verdade, uma ampla categoria de problemas matemáticos é chamada de "problemas de empacotamento de esferas".

Resolvê-los serviu para desde explorar a estrutura dos cristais até otimizar os sinais enviados por celulares, sondas espaciais e internet.

E assim como Raleigh com suas balas de canhão, as indústrias de logística, de matérias-primas e muitas outras dependem fortemente de métodos de otimização fornecidos pela matemática.

Matemáticos descobriram, por exemplo, que esferas empilhadas aleatoriamente tendem a ocupar qualquer espaço com uma densidade de aproximadamente 64%. Mas se você colocá-las cuidadosamente em ordem de maneiras específicas, poderá chegar a 74%.

Imagem de esferas — Foto: Getty Images via BBC

Esses 10% representam uma economia não apenas nos custos de transporte, mas também nos danos ao meio ambiente.

Mas aplicações práticas como essa requerem provas matemáticas, e o empacotamento de esferas trouxe incógnitas particularmente difíceis, assim como a conjectura de Kepler.

Uma delas surgiu de uma conversa entre Isaac Newton, um dos maiores cientistas de todos os tempos, e David Gregory, o primeiro professor universitário a ensinar as teorias de ponta de Newton.

Era um problema de número de "beijos", mas...

O que são?

Imagine que você tem vários círculos de papelão do mesmo tamanho e deseja colá-los em um quadro ao redor de um deles.

O número de "beijos" é igual ao número máximo de círculos que você consegue colocar "beijando" — ou tocando — o central.

Simples assim.

Acontece que os matemáticos mostraram que no máximo 6 círculos podem ser colocados em torno do inicial, então o número de "beijos" é 6.

Agora imagine que em vez de círculos de papelão, você tem bolas de borracha, todas do mesmo tamanho.

Novamente a pergunta é: qual é o número máximo de bolas que você pode colocar ao redor de uma no centro?

Ao adicionar essa terceira dimensão — o volume —, a questão de especificar o número de "beijos" se tornou mais complicada.

E foram necessários dois séculos e meio para descomplicá-la.

Cada estrela é um 'beijo' — Foto: BBC

Newton e Gregory

A questão começou com aquela famosa discussão entre Newton e Gregory, ocorrida em 1694 no campus da Universidade de Cambridge, no Reino Unido.

Newton já tinha 51 anos, e Gregory fez uma visita de vários dias, durante a qual conversaram sem parar sobre ciência.

A conversa foi bastante unilateral, com Gregory anotando tudo o que o grande professor dizia.

Um dos pontos discutidos e registrados no memorando de Gregory foi quantos planetas giram em torno do Sol.

A partir daí, a discussão saiu pela tangente, para a questão de quantas esferas do mesmo tamanho podem ser dispostas em camadas concêntricas de modo que toquem uma central.

Gregory afirmou — sem muitos preâmbulos — que a primeira camada em torno de uma bola central tinha no máximo 13 esferas.

Para Newton, o número de "beijos" seria 12.

Gregory e Newton nunca chegaram a um acordo e nunca souberam qual era a resposta certa.

Hoje em dia, o fato de que o maior número de esferas que pode "beijar" uma central é comumente chamado de "número de Newton" revela quem estava certo.

O debate só parou em 1953, quando o matemático alemão Kurt Schütte e o holandês B. L. van der Waerden mostraram que o número de "beijos" em três dimensões era 12 — e apenas 12.

A questão era importante porque um grupo de esferas empacotadas terá um número médio de "beijos", o que ajuda a descrever matematicamente a situação.

Mas há questões não resolvidas.

Milhares de beijos

Além das dimensões 1 (intervalos), 2 (círculos) e 3 (esferas), o problema do "beijo" está quase sem resolução.

Há apenas dois outros casos em que esse número de "beijos" é conhecido.

Em 2016, a matemática ucraniana Maryna Viazovska estabeleceu que o número de beijos na dimensão 8 é 240, e na dimensão 24 é 196.560.

Para as outras dimensões, os matemáticos foram reduzindo lentamente as possibilidades a faixas estreitas.

Para dimensões maiores que 24, ou uma teoria geral, o problema está em aberto.

Há vários obstáculos para uma solução completa, incluindo limitações computacionais, mas a expectativa é de que haja um avanço importante nesse problema nos próximos anos.

De que adianta, no entanto, empacotar esferas de dimensão 8, por exemplo?

O topólogo algébrico Jaume Aguadé respondeu a essa pergunta em um artigo de 1991 intitulado "Cem anos de E8".

"É usado para fazer chamadas telefônicas, ouvir Mozart em um CD, enviar um fax, assistir à televisão via satélite, conectar-se, por meio de um modem, a uma rede de computadores."

"Serve para todos os processos em que é necessária a transmissão eficiente de informações digitais."

"A teoria da informação nos ensina que os códigos de transmissão de sinais são mais confiáveis ​​em dimensões maiores, e o retículo de E8, com sua simetria surpreendente e dada a existência de um decodificador apropriado, é uma ferramenta fundamental na teoria de codificação e transmissão de sinais."

- Este texto foi publicado em https://www.bbc.com/portuguese/articles/cxe5j1yg4llo

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