O núcleo interno da Terra é ‘superiônico’, um estado da matéria em algum lugar entre sólido e líquido, sugere estudo

O núcleo interno da Terra é ‘superiônico’, um estado da matéria em algum lugar entre sólido e líquido, sugere estudo

16 de fevereiro de 2022 0 Por Jonas Estefanski
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A Terra está em camadas como uma cebola gigante, e descobrir o que acontece abaixo de nossos pés requer um pouco de física bacana. ( Fornecido: Instituto de Geoquímica Academia Chinesa de Ciências )

Sabemos há algum tempo que as profundezas mais profundas da Terra, seu núcleo interno de “ferro sólido”, não é feito de ferro puro – e agora os cientistas dizem que também pode não ser sólido.

Simulações de uma equipe de pesquisadores na China sugerem que as entranhas do nosso planeta estão em algum lugar entre sólido e líquido em um estado “superiônico”.

A pesquisa foi publicada na revista Nature .

Yu He, físico da Academia Chinesa de Ciências e coautor do estudo, disse que os cálculos são “um novo ponto de partida para entender o núcleo interno”.

Este estudo, e outros semelhantes, acrescentou He, podem um dia ajudar os cientistas da Terra a resolver alguns problemas fundamentais, mas complexos, como quando o núcleo interno começou a tomar forma.

Mas o novo estudo não pode explicar completamente todas as peculiaridades do núcleo interno.

Por que os estados da matéria importam

Na superfície da Terra, geralmente lidamos com três estados da matéria: sólido, líquido e gasoso.

Tome água, por exemplo. Como gelo em uma bebida gelada, as moléculas de água estão dispostas em um cristal 3D regular. Quando esse gelo derrete para se tornar água líquida, essas moléculas agora podem se mover, mas ainda estão próximas.

E como um gás, como o vapor de água que dá aos dias úmidos sua viscosidade opressiva, essas moléculas móveis de água são livres para se afastarem umas das outras.

Mas quando as substâncias são submetidas a intensa pressão ou calor, elas podem mudar para outros estados mais estranhos da matéria .

Como a matéria superiônica, que está em algum lugar entre o líquido e o sólido.

Na água superiônica, as moléculas se separam em átomos de oxigênio e hidrogênio.

Na água superiônica, os átomos de oxigênio formam uma rede 3D, enquanto os átomos de hidrogênio são livres para se mover e se acotovelar em torno deles. (Fornecido: Wikimedia Commons) ( Gfycat )

Os átomos de oxigênio cristalizam em uma estrutura 3D – como você veria em um sólido – enquanto os átomos de hidrogênio se movem livremente, como um líquido.

O gelo de água superiônico poderia compor a maior parte dos planetas gelados gigantes, como Netuno e Urano.

E alguns geofísicos pensam que o próprio centro da Terra, seu núcleo interno, também é superiônico.

Cutaway illustration of the Earth showing crust, mantle, outer core and inner core layers
O núcleo interno da Terra (amarelo) é cercado por um núcleo externo líquido, que gera o campo magnético do planeta ( Getty Images: Oleksandr Hruts )

Em vez de água, porém, o núcleo interno é feito de uma liga metálica: principalmente ferro, um pouco de níquel e alguns outros elementos muito mais leves, como hidrogênio e carbono, misturados lá também.

São os átomos de ferro que formam a estrutura “sólida” 3D em um estado superiônico, e os elementos mais leves que fluem ao redor dela como líquido.

Terremotos usados ​​para sondar o núcleo da Terra

O núcleo interno da Terra atinge temperaturas semelhantes à superfície do Sol e pressões 3,7 milhões de vezes o que experimentamos ao nível do mar.

Cavar fisicamente o núcleo interno é impossível, e ainda não podemos recriar suas condições no laboratório.

Então, para ter uma ideia de como é o núcleo interno, os cientistas medem como as ondas sísmicas, geradas por terremotos, mudam de velocidade e direção à medida que passam pelo centro do planeta.

Esta informação pode dizer aos cientistas quão densa é a liga de ferro do núcleo interno, bem como sua rigidez, disse Hrvoje Tkalcic, geofísico da Universidade Nacional Australiana que não esteve envolvido no trabalho.

“E também temos física mineral, geodinâmica e geofísica matemática tentando trabalhar juntos para descobrir o que diabos está acontecendo no centro do nosso planeta”, disse o professor Tkalcic.

He e sua equipe usaram simulações de computador para ver como as ondas sísmicas podem viajar através de uma liga feita de ferro, hidrogênio, carbono e oxigênio sob imensa pressão e calor.

Eles não são os primeiros a fazer isso: outros estudos fizeram algo semelhante, embora com menos elementos mais leves incluídos .

As conclusões do novo estudo estão de acordo com o que os cientistas deduziram dos terremotos: que o núcleo é menos denso que o ferro puro, então elementos mais leves devem ser misturados e é relativamente macio.

“E isso é bom. Isso é um passo à frente”, disse o professor Tkalcic.

Mas ainda há um mistério

Algo que o novo estudo não pode explicar completamente é uma característica peculiar, mas distinta,  do núcleo interno.

A velocidade com que uma onda sísmica se move através do núcleo interno depende de sua direção através do planeta.

Por exemplo, uma onda viajando entre os pólos magnéticos norte e sul irá ondular mais rapidamente através do núcleo interno do que uma onda viajando pelo globo de equador a equador – mesmo que estejam viajando na mesma distância.

É um fenômeno chamado anisotropia sísmica, e por que isso acontece, ninguém sabe ao certo.

Dr. He e seus colegas sugerem que elementos mais leves e semelhantes a líquidos não são distribuídos uniformemente pelo núcleo superiônico.

Em vez disso, eles estão concentrados em uma esfera achatada no meio, que freia as ondas que passam.

Mas como exatamente – e por que – elementos mais leves podem se acumular dessa maneira não é especificado.

De qualquer forma, o meio do planeta definitivamente requer mais escrutínio, disse o Dr. He.

“Acho que são necessários mais estudos para explicar outras características sísmicas, como anisotropia sísmica, no núcleo interno”.