Usando uma bigorna feita de diamante, os físicos espremeram com sucesso o ferro na forma que pensamos que ele tem no centro da Terra.
É chamado de hexaferrum, ou ferro epsilon (ϵ-Fe), e só é estável em pressões extremamente altas. Os cientistas acham que a maior parte do ferro no núcleo da Terra assume essa forma, e uma compreensão detalhada de suas propriedades pode nos ajudar a entender por que o próprio centro do nosso planeta parece ter variações direcionais em sua textura – uma propriedade conhecida como anisotropia.
Há apenas um problema nessa busca para entender o núcleo da Terra. Aqui na superfície, em um regime de pressão atmosférica agradável e relativamente baixo, as condições no núcleo são difíceis de reproduzir. Mas podemos criar condições de alta pressão por breves pulsos de tempo, usando bigornas de diamante e calor.
“Relatamos aqui a síntese de monocristais de ε-Fe em células de bigorna de diamante e a subsequente medição de constantes elásticas de monocristal desta fase até 32 GPa a 300 Kelvin com espalhamento inelástico de raios-X”, escreveram uma equipe de físicos liderada pela Agnès Dewaele da Universidade de Paris-Saclay na França.
O desafio estava em converter a fase de pressão atmosférica do ferro chamada ferrita, ou ferro alfa. Normalmente, quando alta pressão é aplicada à ferrita na tentativa de esmagá-la em hexaferrum, ela se fratura em minúsculos cristais impróprios para análises detalhadas, o que frustra os esforços para estudar suas propriedades elásticas.
Assim, Dewaele e seus colegas abordaram o problema passo a passo. Eles colocaram cristais de ferrita em uma bigorna de diamante em um aquecedor a vácuo e aumentaram a pressão para 7 gigapascais (cerca de 70.000 vezes a pressão atmosférica ao nível do mar) e a temperatura para 800 Kelvin (527 graus Celsius ou 980 Fahrenheit).
Isso produziu uma fase intermediária de ferro que ocorre em altas temperaturas em condições atmosféricas chamada austenita ou ferro gama. A austenita tem uma estrutura diferente da ferrita, e os cristais de austenita que a equipe fez mudaram para a fase hexaferrum muito mais suavemente em pressões entre 15 e 33 gigapascais a 300 Kelvin.
Em seguida, os físicos usaram uma linha de luz síncrotron no European Synchrotron Radiation Facility para sondar o hexaferrum e analisar suas propriedades.
O que sabemos do núcleo da Terra é amplamente reconstruído com base em dados sísmicos. Ondas acústicas criadas por tremores planetários se propagam de forma diferente através de diferentes materiais; é assim que sabemos que o núcleo da Terra tem camadas como um quebra-queixo.
Mas, para uma compreensão mais detalhada, precisamos saber o que realmente é o material do núcleo e como ele responde às ondas acústicas. O trabalho de Dewaele e sua equipe mostrou que a elasticidade do hexaferrum é dependente da direção; as ondas se propagam mais rapidamente ao longo de um determinado eixo.
Essa anisotropia também persiste durante as mudanças de pressão, o que sugere que também é assim que o hexaferrum se comporta no ambiente de até 360 gigapascais do núcleo interno. Isso é consistente com as observações de como as ondas sísmicas viajam pelo planeta.
As descobertas sugerem que as técnicas da equipe podem ser uma excelente sonda para entender as condições extremas no centro do nosso mundo.
Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceAlert
