Físicos acabam de sintetizar cristais do material que pensamos estar no núcleo da Terra: WebCuriosos
Usando uma bigorna feita de diamante, os físicos conseguiram comprimir o ferro na forma que pensamos que ele tem nas profundezas do centro da Terra.
Chama-se hexaferrumou ferro épsilon (ϵ-Fe), e só é estável em pressões extremamente altas. Os cientistas pensam que a maior parte do ferro no núcleo da Terra assume esta forma, e uma compreensão detalhada das suas propriedades poderia ajudar-nos a compreender porque é que o próprio centro do nosso planeta parece ter variações direccionais na sua textura – uma propriedade conhecida como anisotropia.
Há apenas um problema nesta busca para compreender o núcleo da Terra. Aqui na superfície, num regime agradável de pressão atmosférica relativamente baixa, as condições no núcleo são difíceis de replicar. Mas podemos criar condições de alta pressão por breves pulsos de tempo, usando bigornas de diamante e calor.
“Relatamos aqui a síntese de monocristais ϵ-Fe em células de bigorna de diamante e subsequente medição de constantes elásticas monocristalinas desta fase até 32 GPa a 300 Kelvin com espalhamento inelástico de raios X,” escrever uma equipe liderada pela física Agnès Dewaele da Universidade de Paris-Saclay, na França.
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O desafio estava em converter a fase de pressão atmosférica do ferro chamada ferritaou ferro alfa. Normalmente, quando alta pressão é aplicada à ferrita na tentativa de esmagá-la em hexaferrum, ela se fratura em pequenos cristais que são inadequados para análises detalhadas, o que frustra os esforços para estudar suas propriedades elásticas.
Assim, Dewaele e seus colegas abordaram o problema passo a passo. Eles colocaram cristais de ferrita em uma bigorna de diamante em um aquecedor a vácuo e aumentaram a pressão para 7 gigapascais (cerca de 70.000 vezes a pressão atmosférica ao nível do mar) e a temperatura para 800 Kelvin (527 graus Celsius, ou 980 Fahrenheit).
Isso produziu uma fase intermediária de ferro que ocorre em altas temperaturas em condições atmosféricas chamada austenitasou ferro gama. A austenita tem uma estrutura diferente da ferrita, e os cristais de austenita que a equipe fez mudaram para a fase hexaferrum de maneira muito mais suave em pressões entre 15 e 33 gigapascais a 300 Kelvin.
Em seguida, eles usaram uma linha de luz síncrotron no European Synchrotron Radiation Facility para sondar o hexaferrum e analisar suas propriedades.
O que sabemos sobre o núcleo da Terra é amplamente reconstruído com base em dados sísmicos. As ondas acústicas criadas por tremores planetários propagam-se de maneira diferente através de diferentes materiais; é assim que sabemos que o núcleo da Terra tem camadas como um quebra-mandíbula.
Mas, para uma compreensão mais detalhada, precisamos saber o que realmente é o material do núcleo e como ele responde às ondas acústicas. O trabalho de Dewaele e sua equipe mostrou que a elasticidade do hexaferrum é direcionalmente dependente; as ondas se propagam mais rapidamente ao longo de um eixo específico.
Esta anisotropia também persiste durante as mudanças de pressão, o que sugere que é também assim que o hexaferrum se comporta no até 360 gigapascais ambiente do núcleo interno. Isto é consistente com as observações de como as ondas sísmicas viajam pelo planeta.
As descobertas sugerem que as técnicas da equipa podem constituir uma excelente sonda para a compreensão das condições extremas no centro do nosso mundo.
A pesquisa foi publicada em Cartas de revisão física.
