O mistério do chumbo em falta: como o manto e o enxofre podem tê-lo escondido

O chumbo está no centro de um dos enigmas mais estranhos da Terra: uma grande parte parece ter desaparecido. Não é apenas algo extraviado - é uma ausência que tem intrigado os cientistas há décadas.

E o chumbo não é só um metal pesado. Para os geocientistas, funciona como um verdadeiro relógio do planeta. Ao analisar diferentes formas de chumbo, conseguem estimar idades de rochas e reconstruir como a Terra se formou há milhares de milhões de anos.

Estas pistas ajudam a compor a narrativa do planeta desde os seus primórdios. No entanto, quando os investigadores comparam rochas terrestres com meteoritos antigos, os números deixam de bater certo.

Nas rochas à superfície surge demasiado chumbo “jovem” e, em contrapartida, falta chumbo do tipo original que deveria estar presente desde o início.

O resultado é um efeito enganador: a Terra parece mais jovem do que realmente é - o que não faz sentido. Então, para onde foi o chumbo em falta?

A resposta poderá estar muito abaixo da superfície, num local a que nenhum ser humano alguma vez chegou.

Como o chumbo se comporta sob pressão

Investigadores da Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore), na Asian School of the Environment (ASE), começaram a apontar para uma explicação alternativa.

De acordo com o estudo, a Terra não “perdeu” chumbo. Em vez disso, terá escondido esse elemento em profundidade.

A equipa, liderada pelo Professor Simon Redfern e pela Dra. Liu Siyu, analisou o comportamento do chumbo sob pressões extremas - condições esmagadoras semelhantes às do manto terrestre, a camada espessa situada entre a crosta e o núcleo.

Ao contrário do que muitos defendiam (que o chumbo teria migrado para o núcleo), é possível que, muito cedo na história do planeta, o chumbo se tenha ligado ao enxofre e se tenha depositado no manto. Aí, poderia ter permanecido aprisionado durante milhares de milhões de anos.

Porque o chumbo é tão importante

O chumbo existe em várias formas, conhecidas como isótopos. Três desses isótopos surgem ao longo do tempo por decaimento radioativo: o urânio e o tório degradam-se lentamente e transformam-se em chumbo, funcionando como um cronómetro natural.

O quarto tipo, o chumbo-204, é diferente. Está presente desde a formação da Terra e não resulta de decaimento. Por isso, é um marcador essencial de material muito antigo.

Ao comparar estas formas, os cientistas conseguem estimar a idade das rochas. Uma rocha com mais chumbo produzido por decaimento tende a ser mais jovem; uma rocha com mais chumbo original tende a ser mais antiga.

O problema é que as rochas à superfície não apresentam chumbo original suficiente. Esse “vazio” sugere que ele está ausente - e durante muito tempo foi difícil perceber porquê.

Preso em minerais que não conseguimos observar

A equipa de investigação concentrou-se no sulfureto de chumbo, um composto que se forma quando o chumbo se liga ao enxofre. Como o chumbo tem tendência natural para “andar” com o enxofre, este cenário tornou-se um candidato forte.

Com recurso a simulações computacionais avançadas, os especialistas concluíram que o sulfureto de chumbo se torna extremamente estável sob pressões elevadas. Pode manter-se sólido mesmo com temperaturas a atingir cerca de 4 982 °C (9 000 °F), acima do que se verifica em grande parte do manto.

Isto significa que o chumbo antigo pode ter ficado retido, em forma sólida, nas profundezas - isolado dos processos que moldam as rochas à superfície. Assim, explica-se por que razão não aparece onde os cientistas esperavam encontrá-lo.

Novos minerais escondidos no manto

As simulações indicaram ainda outro aspeto relevante. A equipa prevê a existência de dois novos tipos de compostos chumbo–enxofre: PbS₂ e PbS₃.

Estes minerais deverão formar-se em zonas do manto com muito enxofre. Um deles mantém-se sólido nas condições do manto superior. O outro tem maior facilidade em fundir.

Quando o composto mais “macio” derrete, pode deslocar-se para cima. Ao ascender, poderá transportar pequenas quantidades de chumbo muito antigo. Isto ajuda a perceber por que motivo, por vezes, aparece chumbo muito velho em rochas vulcânicas.

Ou seja, o chumbo não desapareceu: vai escapando lentamente, ao longo do tempo.

Uma viagem virtual ao interior da Terra

Como ninguém consegue descer vários milhares de quilómetros abaixo da superfície para confirmar isto diretamente, os investigadores recorreram a modelos computacionais potentes.

Foram utilizados programas capazes de prever como os átomos se organizam sob condições extremas. Introduzindo as temperaturas e pressões adequadas, recriaram virtualmente o ambiente do interior profundo do planeta.

Os resultados indicaram que estes minerais de chumbo e enxofre são suficientemente estáveis para resistirem durante milhares de milhões de anos, suportando calor e pressão sem se desagregarem.

Isto reforça a hipótese de que o chumbo em falta esteve todo o tempo “sentado” no manto, discretamente.

Implicações para a Terra e para lá dela

Esta conclusão altera a forma como os cientistas encaram a química terrestre. Sugere que o enxofre tem um papel maior do que se pensava no armazenamento de metais em profundidade.

Também oferece uma explicação para padrões estranhos observados em rochas vulcânicas: aqueles vestígios de chumbo antigo passam a ter uma origem plausível.

Para além da Terra, o trabalho abre caminho para compreender outros planetas rochosos. Se o enxofre consegue aprisionar metais como o chumbo aqui, poderá fazer o mesmo em planetas como Marte.

Isso pode influenciar a forma como se estuda a formação planetária em todo o Sistema Solar.

O próximo passo debaixo de terra

O trabalho ainda não terminou. A equipa pretende agora reproduzir, em laboratório, condições semelhantes às do manto para testar as previsões.

Os investigadores vão usar equipamento de alta pressão para verificar se estes minerais se formam como os modelos indicam.

Além disso, irão analisar amostras de rochas trazidas à superfície por atividade vulcânica, à procura de sinais no mundo real destes compostos ocultos.

O mistério do chumbo em falta pode estar finalmente perto de ser resolvido. E, como tantas vezes acontece na ciência, ao esclarecer um enigma já se começam a revelar novos - escondidos sob a superfície.

O estudo completo foi publicado na revista Nature Communications.