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A gravidade que falta na baía de Hudson há 10 mil anos

A crosta afundada pela calota Laurentide ainda não subiu de volta, e os satélites GRACE mediram a falta de gravidade em 2007.

Antigas praias em degraus na baía de Hudson

Em maio de 2007, Mark Tamisiea, do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, e Jerry Mitrovica, da Universidade de Toronto, publicaram na revista Science o resultado dos satélites GRACE sobre o Canadá: entre 25% e 45% da gravidade que falta na baía de Hudson vem de um gelo que derreteu há cerca de 10 mil anos.

A falta já aparecia nos mapas de gravidade feitos no Canadá desde a década de 1960. Geofísicos que mediam a força com que a Terra puxa os objetos notaram que, sobre a baía e o norte do país, a atração era mais fraca que no resto da América do Norte.

A diferença é minúscula para o corpo. Uma pessoa que viaja até a margem da baía não percebe nada na balança do banheiro, porque a variação fica muito abaixo do que um aparelho doméstico registra.

Para os instrumentos de geofísica, a região aparece como uma das manchas mais fundas do mapa gravitacional do planeta, ao lado de pontos no Oceano Índico e na Antártida.

Gravidade mais fraca num ponto quer dizer que ali, sob os pés, há menos massa do que deveria haver. Falta rocha. A pergunta que intrigava os geofísicos era para onde essa rocha tinha ido.

A suspeita apontava para a última era do gelo. Até cerca de 20 mil anos atrás, uma calota (o manto de gelo que cobre um continente inteiro) chamada Laurentide se espalhava sobre quase todo o Canadá e o norte dos Estados Unidos, com a parte mais grossa sobre a baía de Hudson.

Aquele peso empurrou a crosta (a casca rígida da Terra) para baixo, como uma mão afunda um colchão. Quando o gelo derreteu, o colchão começou a voltar. Só que a rocha volta devagar, e a baía ainda não chegou à altura antiga.

Havia uma segunda explicação na mesa, sem gelo nenhum: correntes lentas no manto (a camada de rocha quente e pastosa sob a crosta) puxando o chão para baixo. O GRACE separou as duas causas, e a resposta dividiu a culpa.

Para entender a parte do gelo, falta ver como uma pedra se comporta feito mel ao longo de milênios. A primeira seção mostra a rocha que escorre.

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I  O Mecanismo

A rocha que escorre em milênios

Em 1935, o físico americano Norman Haskell publicou na revista Physics a conta que explica a baía de Hudson. Ele usou a subida do chão da Escandinávia, outra região coberta de gelo na última glaciação, para medir quanto o manto resiste a escorrer.

A conclusão de Haskell parece estranha. Numa martelada, o manto se comporta como rocha sólida. Ao longo de milhares de anos, ele flui como um líquido muito grosso, igual a um piche que escorre devagar de um balde virado.

Esse comportamento tem nome técnico: ajuste isostático glacial (a acomodação lenta da crosta e do manto quando um peso de gelo chega ou vai embora). É o motor de toda a história da baía.

A carga era enorme. No modelo ICE-5G, publicado em 2004 pelo geofísico Richard Peltier, da Universidade de Toronto, na Annual Review of Earth and Planetary Sciences, a calota Laurentide passava de 3 quilômetros de espessura sobre a região.

Sob esse peso, a crosta afundou, e o manto logo abaixo foi espremido para os lados. A rocha pastosa escapou para as bordas da calota e levantou ali uma lombada periférica (um anel de terreno erguido em volta da área afundada).

Quando o gelo derreteu, o processo se inverteu. A rocha do manto começou a voltar para baixo da baía, empurrando a crosta para cima, e a lombada das bordas começou a baixar.

A volta deixou marcas visíveis. Assim que o gelo recuou, o oceano invadiu a terra ainda afundada e formou o Mar de Tyrrell, batizado em homenagem ao geólogo canadense Joseph Burr Tyrrell, bem maior que a baía atual.

Conforme o chão subiu, a água foi recuando. Cada parada da linha da costa deixou uma praia, e hoje essas praias antigas formam degraus paralelos de cascalho em terra seca, longe do mar, em volta de toda a baía.

O chão segue subindo. Segundo o estudo de Giovanni Sella e colegas, publicado em 2007 na Geophysical Research Letters, estações de GPS (receptores que medem a posição por satélite com precisão de milímetros) perto da baía sobem cerca de 1 centímetro por ano.

O mesmo estudo achou a outra ponta da gangorra. Ao sul dos Grandes Lagos, na antiga lombada periférica, as estações registraram o chão descendo devagar.

A subida devolve rocha para baixo da baía, e a gravidade ali aumenta aos poucos. Faltava saber se a volta explicava a falta inteira ou só uma parte, e a resposta exigia pesar o Canadá do espaço.

II  Por que Importa

Dois satélites que pesam o chão

O GRACE (Experimento de Recuperação da Gravidade e do Clima) foi lançado em março de 2002 pela NASA e pela DLR, a agência espacial alemã. Eram dois satélites gêmeos na mesma órbita, um atrás do outro, apelidados de Tom e Jerry.

Segundo a NASA, os dois voavam a cerca de 220 quilômetros de distância entre si, ligados por um feixe de micro-ondas que media a separação com precisão menor que a espessura de um fio de cabelo.

O truque está na distância. Quando o satélite da frente passa sobre uma região com mais massa, é puxado um pouco mais forte e se adianta. Logo depois, o de trás sofre o mesmo puxão, e a distância entre eles volta ao normal.

Somando essas variações em milhares de passagens, a equipe montava um mapa da gravidade da Terra todo mês. Comparando os meses, dava para ver onde a massa crescia e onde diminuía.

Sobre a baía de Hudson, o GRACE viu a gravidade subindo ano após ano. Era a rocha do manto voltando para baixo da crosta, o mesmo movimento que o GPS de Sella media pela subida do chão.

Com o ritmo dessa subida, Tamisiea e Mitrovica calcularam quanto da falta total ainda pertence ao gelo. Deu de 25% a 45%. O restante vem de uma descida lenta de rocha fria e densa no manto profundo, que puxa a superfície para baixo e não tem ligação com a glaciação.

A primeira razão para o achado importar está na Groenlândia e na Antártida. O GRACE e o sucessor dele, o GRACE-FO, lançado em 2018, medem quanto gelo essas regiões perdem pela queda da gravidade sobre elas.

Só que o chão sob esses gelos também se move, num ajuste parecido com o do Canadá. Sem descontar esse movimento, a conta do gelo perdido sai errada, e a baía de Hudson virou o laboratório para calibrar a correção.

A segunda razão é o nível do mar. Marégrafos (os medidores fixos da altura da maré) em costas que sobem registram o mar recuando, mesmo com o oceano global subindo. Sem a correção do chão, o registro conta a história ao contrário.

A terceira razão é a própria baía. Com o fundo subindo, ela fica mais rasa a cada século, e a costa avança sobre a água. As praias em degraus mostram o mesmo processo já acontecendo há milênios.

III  A Fonte

Tamisiea, Mitrovica e Davis, Science, 2007

O artigo de referência saiu em maio de 2007 na Science, com o título “GRACE Gravity Data Constrain Ancient Ice Geometries and Continental Dynamics over Laurentia” (Dados de gravidade do GRACE delimitam a forma do gelo antigo e a dinâmica continental sobre a Laurêntia).

Laurêntia é o nome geológico do núcleo antigo de rocha da América do Norte, onde fica a baía de Hudson. O título promete duas respostas: o desenho da calota e o que se move no manto embaixo do continente.

O autor principal, Mark Tamisiea, trabalhava no Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica. Jerry Mitrovica, da Universidade de Toronto, é especialista em ajuste isostático. O terceiro autor, James Davis, também do centro de Harvard, cuidou da análise dos dados de satélite.

A equipe usou os primeiros anos de dados do GRACE, a partir de 2002, e comparou o mapa da gravidade subindo com modelos de calota de formatos diferentes.

O padrão medido tinha dois centros de subida, um a oeste e outro a leste da baía. A calota, portanto, não era uma cúpula única: tinha duas regiões mais grossas, chamadas de domo Keewatin, a oeste, e domo do Labrador, a leste.

Com o desenho do gelo acertado, a conta da gravidade fechou. O ajuste glacial explica uma parte da falta; a outra parte vem da descida de rocha densa no manto, que já existia antes da era do gelo.

O que não se sabe fica dito. A divisão entre as duas causas ainda tem margem larga, porque depende da viscosidade do manto, um valor que varia com a profundidade e não se mede diretamente. Também não há consenso sobre quanto a baía ainda vai subir, porque cada modelo de manto dá um prazo diferente.

O GRACE-FO segue em órbita e acumula a série que pode estreitar essa margem nos próximos anos.

“Quanto ainda falta para o fundo da baía de Hudson voltar à altura que tinha antes do gelo?”

25% a 45%. Foi a fatia da gravidade que falta na baía de Hudson atribuída ao gelo derretido (Tamisiea, Mitrovica e Davis, Science, 2007).

Continue curioso. Mirabile dictu.

CIÊNCIA BIZARRA

Parece mentira. Mas é real e está provado