O núcleo interno de ferro da Terra pode estar em um estranho estado ‘superiônico’, segundo estudo

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Ilustração da estrutura da Terra e do núcleo interno superiônico. Crédito: IGCAS.

Por Jacinta Bowler
Publicado na ScienceAlert

Bem abaixo da crosta da Terra, além do manto espesso e do núcleo externo líquido, encontra-se uma bola de 1.220 quilômetros de núcleo interno sólido.

Mas um novo estudo sugeriu que o núcleo interno não é sólido, formando um ‘estado superiônico‘ com hidrogênio, oxigênio e carbono, tornando-o diferente de um líquido ou sólido.

Não podemos exatamente perfurar os 6.371 km até o centro da Terra para verificar o que está acontecendo, então os cientistas usam a furadeira natural da Terra – ondas sísmicas de terremotos – para entender a composição do nosso planeta.

No entanto, mesmo com essas medições, o núcleo interno permanece um mistério. Na década de 1930, evidências indiretas sugeriram que poderia ser sólido e, algumas décadas depois, pensava-se que era um ferro cristalino. Mas essa bola incrivelmente quente e densa no meio do nosso planeta ainda está nos fazendo adivinhar o que está acontecendo lá.

Sabemos por dados de ondas sísmicas que o núcleo interno é mole, com baixa velocidade de onda de cisalhamento, o que significa que não pode ser apenas ferro sólido ou liga de ferro. Alguns cientistas pensam que poderia haver um segundo núcleo interno mais interno, enquanto outros pensam que, devido à densidade mais leve do que seria esperado apenas pelo ferro puro, poderia haver alguns elementos leves como uma liga.

Mas um novo estudo, liderado por Yu He da Academia Chinesa de Ciências, investigou agora a fase potencial da matéria em que essa mistura de elementos pode existir, chegando à sugestão de que o estado ‘sólido’ do núcleo pode realmente ser um estado superiônico em vez disso.

“Descobrimos que hidrogênio, oxigênio e carbono no ferro hexagonal compacto se transformam em um estado superiônico sob as condições do núcleo interno, mostrando altos coeficientes de difusão como um líquido”, escreve a equipe em seu novo estudo. “Isso sugere que o núcleo interno pode estar em um estado superiônico em vez de um estado sólido normal”.

Superiônico é outro estado da matéria – junto ao sólido, líquido e gasoso – mas com diferenças distintas. Na água superiônica – que foi recentemente feita em laboratório – temperaturas e pressões extremamente altas separam cada molécula de água, deixando os íons de oxigênio para formar um sólido, enquanto os íons de hidrogênio flutuam mais parecendo um líquido.

No núcleo quente da Terra, a equipe usou simulações de computador de como as ondas sísmicas viajariam por diferentes combinações de elementos e descobriram que as ligas de ferro com carbono, hidrogênio e oxigênio poderiam funcionar da mesma maneira que a água superiônica.

Os átomos de ferro eram ‘sólidos’ na estrutura de rede cristalina, enquanto as moléculas de carbono, hidrogênio e oxigênio se difundiam pelo meio, criando o elemento líquido.

“É bastante anormal”, disse He. “A solidificação do ferro no limite interno do núcleo não altera a mobilidade desses elementos leves, e a convecção dos elementos leves é contínua no núcleo interno”.

É improvável que este trabalho seja a última palavra sobre o assunto. As conclusões do estudo fornecem um bom modelo para esse ferro puro mais mole e menos denso, mas não responde a outra pergunta sobre o núcleo interno – por que ele é aparentemente desigual por toda parte.

Para isso, teremos que continuar cavando.

A pesquisa foi publicada na Nature.