Cientistas descobrem um novo estado da matéria no centro da Terra
Abaixo do núcleo externo derretido da Terra existe uma região central densa – o núcleo interno, uma esfera compacta feita de uma liga de ferro e elementos leves comprimida por mais de 3,3 milhões de atmosferas e aquecida a temperaturas comparáveis à superfície do Sol. Durante muitos anos, os investigadores têm lutado para explicar o seu comportamento incomum. Embora o núcleo interno seja sólido, ele se comporta como um metal amolecido, retardando as ondas de cisalhamento sísmico e exibindo um índice de Poisson mais semelhante ao da manteiga do que ao do aço. Este paradoxo levantou uma questão fundamental: como pode o centro sólido do planeta parecer firme mas estranhamente flexível?
Um importante estudo publicado na National Science Review oferece uma explicação forte. A equipa de investigação relata que o núcleo interno da Terra não se comporta como um sólido convencional – em vez disso, existe num estado superiónico no qual os elementos leves se movem através de uma estrutura de ferro estável como se fossem líquidos. Esta descoberta remodela a nossa imagem da camada mais profunda do planeta.
A investigação, liderada pelo Prof. Yuqian Huang da Universidade de Sichuan, juntamente com o Prof. Yu He do Instituto de Geoquímica da Academia Chinesa de Ciências, demonstra que as ligas de ferro-carbono mudam para uma fase superiônica sob as condições extremas do núcleo interno. Nesse ambiente, os átomos de carbono passam pela estrutura do ferro em altas velocidades, reduzindo bastante a rigidez da liga.
“Pela primeira vez, mostramos experimentalmente que a liga ferro-carbono sob condições de núcleo interno exibe uma velocidade de cisalhamento notavelmente baixa.” disse o Prof. “Neste estado, os átomos de carbono tornam-se altamente móveis, difundindo-se através da estrutura cristalina do ferro como crianças dançando numa quadrilha, enquanto o próprio ferro permanece sólido e ordenado. Esta chamada” fase superiônica “reduz drasticamente a rigidez da liga.”
Evidências Experimentais Confirmam Previsões Anteriores
Embora simulações de computador em 2022 sugerissem que o núcleo interno poderia assumir esta forma exótica, confirmá-la em laboratório revelou-se difícil – até agora. Usando uma plataforma dinâmica de compressão de choque, os pesquisadores impulsionaram amostras de ferro-carbono a 7 quilômetros por segundo, alcançando pressões de até 140 gigapascais e temperaturas próximas a 2.600 Kelvin, reproduzindo de perto o ambiente encontrado no núcleo interno.
Ao combinar medições de velocidade do som in-situ com simulações avançadas de dinâmica molecular, a equipe detectou uma perda dramática na velocidade das ondas de cisalhamento e um aumento acentuado no índice de Poisson. Estes resultados alinham-se com as características sísmicas inesperadamente suaves registadas na Terra. A nível atómico, os dados mostraram átomos de carbono movendo-se livremente através da estrutura ordenada do ferro, enfraquecendo-o sem causar o colapso da rede.
Um núcleo superiônico que molda a dinâmica da Terra
O modelo superiônico não só leva em conta anomalias sísmicas de longa data, mas também expande a nossa compreensão de como o núcleo interno contribui para os processos internos da Terra. O movimento dos elementos leves pode explicar a anisotropia sísmica – variações direcionais nas velocidades das ondas sísmicas – e também pode desempenhar um papel na sustentação do campo magnético da Terra.
“A difusão atômica dentro do núcleo interno representa uma fonte de energia anteriormente negligenciada para o geodínamo”, disse o Dr. “Além do calor e da convecção composicional, o movimento fluido dos elementos leves pode ajudar a alimentar o motor magnético da Terra.”
O estudo também esclarece debates sobre o comportamento de elementos leves sob extrema pressão. Pesquisas anteriores focaram principalmente em compostos ou ligas de substituição, mas este trabalho destaca o papel fundamental das soluções sólidas intersticiais (especialmente aquelas que envolvem carbono) no controle das propriedades físicas do núcleo.
Uma mudança na forma como os cientistas veem o centro da Terra
De acordo com o professor Zhang, essas descobertas representam uma grande mudança na forma como os cientistas interpretam o núcleo interno. “Estamos nos afastando de um modelo estático e rígido do núcleo interno para um modelo dinâmico”, explicou ele.
As implicações vão além da Terra. A identificação de uma fase superiônica no núcleo interno também poderia melhorar nossa compreensão da evolução magnética e térmica em outros planetas rochosos e exoplanetas. Como observa Zhang, “compreender este estado oculto da matéria nos aproxima um passo de desvendar os segredos dos interiores planetários semelhantes aos da Terra”.
Esta pesquisa foi apoiada pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, pelo Programa de Ciência e Tecnologia de Sichuan e pela Equipe Interdisciplinar Juvenil do CAS.
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