Estrutura misteriosa de 'donut' encontrada escondida dentro do núcleo da Terra: WebCuriosos
A cerca de 2.890 quilómetros abaixo dos nossos pés encontra-se uma gigantesca bola de metal líquido: o núcleo do nosso planeta. Cientistas como eu usam as ondas sísmicas criadas pelos terremotos como uma espécie de ultrassom para “ver” a forma e a estrutura do núcleo.
Usando uma nova maneira de estudar essas ondas, meu colega Xiaolong Ma e eu fizemos uma descoberta surpreendente: há uma grande região do núcleo em forma de rosca ao redor do Equador, com algumas centenas de quilômetros de espessura, onde as ondas sísmicas viajam cerca de 2% mais devagar. do que no resto do núcleo.
Acreditamos que esta região contém mais elementos mais leves, como o silício e o oxigénio, e pode desempenhar um papel crucial nas vastas correntes de metal líquido que atravessam o núcleo e que geram o campo magnético da Terra. Nossos resultados são publicado hoje na Science Advances.
O 'campo de onda de correlação de coda'
A maioria dos estudos sobre as ondas sísmicas criadas por terremotos analisa as grandes frentes de onda iniciais que viajam ao redor do mundo cerca de uma hora após o terremoto.
Percebemos que poderíamos aprender algo novo olhando para a parte posterior e mais tênue dessas ondas, conhecida como coda – a seção que encerra uma peça musical. Em particular, observámos quão semelhantes eram as codas registadas em diferentes detectores sísmicos, várias horas depois de terem começado.
Em termos matemáticos, esta semelhança é medida por algo chamado correlação. Juntos, chamamos essas semelhanças nas últimas partes das ondas do terremoto de “campo de ondas de correlação de coda”.
Ao observar o campo de ondas de correlação de coda, detectamos pequenos sinais provenientes de múltiplas ondas reverberantes que de outra forma não veríamos. Ao compreender os caminhos que estas ondas reverberantes percorreram e ao combiná-las com os sinais no campo de ondas de correlação de coda, descobrimos quanto tempo levaram a viajar pelo planeta.
Em seguida, comparamos o que vimos em detectores sísmicos mais próximos dos pólos com os resultados mais próximos do Equador. No geral, as ondas detectadas mais perto dos pólos viajavam mais rapidamente do que aquelas perto do Equador.
Experimentamos muitos modelos computacionais e simulações de quais condições no núcleo poderiam criar esses resultados. No final, descobrimos que deve haver um toro – uma região em forma de donut – no núcleo externo em torno do Equador, onde as ondas viajam mais lentamente.
Os sismólogos nunca detectaram esta região antes. No entanto, usar o campo de onda de correlação de coda nos permite “ver” o núcleo externo com mais detalhes e de maneira mais uniforme.
Estudos anteriores concluiu que as ondas se moviam mais devagar em todos os lugares ao redor do “teto” do núcleo externo. No entanto, mostramos neste estudo que a região de baixa velocidade está apenas perto do Equador.
O núcleo externo e o geodínamo
O núcleo externo da Terra tem um raio de cerca de 3.480 km, o que o torna ligeiramente maior que o planeta Marte. É constituído principalmente por ferro e níquel, com alguns vestígios de elementos mais leves como silício, oxigênio, enxofre, hidrogênio e carbono.
A parte inferior do núcleo externo é mais quente que a parte superior, e a diferença de temperatura faz o metal líquido se mover como água em uma panela fervendo no fogão. Este processo é chamado de convecção térmica, e achamos que o movimento constante deve significar que todo o material no núcleo externo está bem misturado e uniforme.
Mas se todo o núcleo externo estiver cheio do mesmo material, as ondas sísmicas também deveriam viajar aproximadamente à mesma velocidade em todos os lugares. Então porque é que estas ondas abrandam na região em forma de donut que encontrámos?
Achamos que deve haver uma maior concentração de elementos leves nesta região. Estes podem ser liberados do núcleo interno sólido da Terra para o núcleo externo, onde sua flutuabilidade cria mais convecção.
Por que os elementos mais leves se acumulam mais na região equatorial do donut? Os cientistas pensam que isto poderia ser explicado se mais calor fosse transferido do núcleo externo para o manto rochoso acima dele nesta região.
Há também outro processo em escala planetária em ação no núcleo externo. A rotação da Terra e o pequeno núcleo interno sólido fazem com que o líquido do núcleo externo se organize em longos vórtices verticais que correm na direção norte-sul, como trombas d'água gigantes.
O movimento turbulento do metal líquido nesses vórtices cria o “geodinamo” responsável pela criação e manutenção do campo magnético da Terra. Este campo magnético protege o planeta do vento solar prejudicial e da radiação, tornando possível a vida na superfície.
Uma visão mais detalhada da composição do núcleo externo – incluindo o recém-descoberto donut de elementos mais leves – ajudar-nos-á a compreender melhor o campo magnético da Terra. Em particular, a forma como o campo muda a sua intensidade e direção ao longo do tempo é crucial para a vida na Terra e para a habitabilidade potencial de planetas e exoplanetas.
Hrvoje TkalcicProfessor, Chefe de Geofísica, Diretor do Warramunga Array, Universidade Nacional Australiana
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