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Ciência14/02/2022

Cientistas descobrem estranhos aspectos do núcleo interno da Terra

Estrutura interior da Terra e núcleo interno superiônico. Crédito: IGCAS

14/02/22 - 11h59min

O núcleo da Terra, a parte mais profunda do nosso planeta, é caracterizado por pressão e temperatura extremamente altas. É composto por um núcleo externo líquido e um núcleo interno sólido.

O núcleo interno é formado e cresce devido à solidificação do ferro líquido no limite interno do núcleo. O núcleo interno é menos denso que o ferro puro, e acredita-se que alguns elementos leves estejam presentes ali.

Uma equipe de pesquisa conjunta liderada pelos professores Yu He e Shichuan Sun, do Instituto de Geoquímica da Academia Chinesa de Ciências (IGCAS), descobriu que o núcleo interno da Terra não é um sólido normal, mas é composto de uma sub-rede de ferro sólido e de elementos leves semelhantes a um líquido, um estado também conhecido como superiônico. Os elementos leves do tipo líquido são altamente difusivos em sub-redes de ferro sob as condições do núcleo interno. Essas conclusões aparecem em estudo publicado na revista Nature.

Bastante anormal

Um estado superiônico, intermediário entre sólido e líquido, existe amplamente no interior dos planetas. Usando simulações computacionais de alta pressão e alta temperatura baseadas na teoria da mecânica quântica, pesquisadores do IGCAS e do Center for High Pressure Science & Technology Advanced Research (HPSTAR) descobriram que algumas ligas de ferro com hidrogênio, carbono e oxigênio se transformaram em um estado superiônico sob as condições do núcleo interno.

Nas ligas de ferro superiônicas, os elementos leves tornam-se desordenados e difusos como um líquido na rede, enquanto os átomos de ferro permanecem ordenados e vibram em torno de sua rede, formando a estrutura sólida de ferro. Os coeficientes de difusão de carbono, hidrogênio e oxigênio em ligas de ferro superiônicas são os mesmos que no ferro líquido.

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

Um mistério de longa data sobre o núcleo interno é que ele é bastante macio, com uma velocidade de onda de cisalhamento (fenômeno de deformação ao qual um corpo está sujeito quando as forças que agem sobre ele provocam um deslocamento em planos diferentes, mantendo o volume constante) bem baixa. Os pesquisadores calcularam as velocidades sísmicas nessas ligas de ferro superiônicas e encontraram uma diminuição significativa na velocidade das ondas de cisalhamento. “Nossos resultados se encaixam bem com observações sismológicas. São os elementos semelhantes a líquidos que fazem o núcleo interno amolecer”, disse o co-primeiro autor Sun.

Experimentos de laboratório

Elementos de luz altamente difusivos podem afetar as velocidades sísmicas, fornecendo pistas críticas para a compreensão de outros mistérios no núcleo interno. A estrutura anisotrópica (que varia com a direção), atenuações de ondas sísmicas e mudanças estruturais do núcleo interno durante décadas passadas podem ser racionalizadas no modelo superiônico considerando a distribuição e convecção desses elementos líquidos no núcleo interno.

Segundo o geofísico Daniele Antonangeli, da Universidade de Sorbonne, em Paris (França), que não esteve envolvido nessa pesquisa, um aspecto que faz falta nela são experimentos de laboratório que mostram como essas combinações de elementos se comportam sob as condições do núcleo interno. Tais testes podem ajudar a confirmar se as simulações estão corretas. “O experimentalista que está dentro de mim anseia ver a validação experimental disso”, afirmou Antonangeli.

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