O núcleo sólido de ferro da Terra não é tudo o que parece. Na verdade, ainda este ano, os cientistas descobriram que o orbe mais interno do nosso planeta não é liso, mas sim texturizado; e para de girar a cada sete décadas antes de mudar de direção.
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Agora, em outro estudo surpreendente, uma equipe de pesquisadores pensa ter descoberto porque é que o núcleo sólido de ferro da Terra é um pouco mais macio do que o esperado: os seus átomos podem mover-se.
No núcleo interno da Terra, a cerca de 5.100 quilômetros (ou 3.170 milhas) abaixo dos nossos pés, os átomos de ferro estão firmemente compactados numa estrutura hexagonal, comprimidos sob enorme pressão e altas temperaturas.
Observações sísmicas recentes revelaram como a esfera interna da Terra exibe algumas propriedades intrigantes, mais parecidas com metais macios como o chumbo e mais próximas do ferro fundido do que da massa sólida que podemos estar imaginando.
De acordo com Youjun Zhang, físico da Universidade de Sichuan, na China, e colegas dos EUA e da China que realizaram uma série de simulações de computador e experimentos de laboratório, isso ocorre porque os átomos de ferro no núcleo interno trocam de posição dentro de sua estrutura de rede hexagonal proposta.
Tal como as pessoas mudam de lugar à mesa de jantar, os átomos de ferro migram para posições vizinhas sem perturbar a estrutura metálica subjacente do ferro, o que torna o núcleo mais maleável, sugerem Zhang e colegas.
“O ferro sólido torna-se surpreendentemente macio nas profundezas da Terra porque os seus átomos podem mover-se muito mais do que alguma vez imaginamos”, explica Zhang. “Este aumento do movimento torna o núcleo interno menos rígido e mais fraco contra forças de cisalhamento.”
Antes disso, os cientistas simularam o núcleo interno da Terra usando modelos de computador que tendiam a capturar menos de cem átomos dispostos numa estrutura hexagonal repetida.
Alguns pesquisadores também sugeriram que bolsas de fusão no núcleo interno da Terra podem explicar algumas das propriedades observadas.
Mas essas bolsas provavelmente foram espremidas à medida que o núcleo se solidificou, sugerem Zhang e colegas, e nenhuma teoria ainda explicou de forma abrangente a estranha flexibilidade do orbe interno da Terra.
Para expandir sua visão da dinâmica da rede, Zhang e colegas usaram um supercomputador e um algoritmo de aprendizado de máquina para simular um ambiente atômico muito maior, com mais de 10.000 átomos.
Os pesquisadores alimentaram seu modelo com dados coletados de experimentos de laboratório de alta pressão e temperatura projetados para emular as condições do núcleo interno da Terra.
Em pressões que variam de 230 a 330 GPa e temperaturas logo abaixo do ponto de fusão do ferro, simulações da estrutura de rede compacta sugerem que os átomos de ferro se movem em um padrão de movimento coletivo “em que um átomo salta de sua posição de equilíbrio e empurra seus átomos vizinhos juntos.”
Movimento simulado de ferro hexagonal compactado a 230 GPa e próximo à temperatura de fusão em 30 picossegundos. (Zhang et al., PNAS, 2023)
Essa difusão rápida ocorre em picossegundos, um trilionésimo de segundo, para que o movimento não perturbe a estrutura da rede. Em vez disso, os átomos balançam de tal forma que o núcleo de ferro se comporta como um sólido extremamente macio.
Estes resultados baseiam-se, obviamente, em cálculos teóricos de uma substância que os cientistas não conseguem amostrar e só podem inferir as suas propriedades à distância. Tendo em conta essas limitações, as descobertas enquadram-se bem nas observações sísmicas.
“Agora sabemos sobre o mecanismo fundamental que nos ajudará a compreender os processos dinâmicos e a evolução do núcleo interno da Terra”, diz o autor sênior Jung-Fu Lin, geocientista da Universidade do Texas.
Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceAlert
