Físicos estão desvendando o grande mistério do núcleo interno da Terra: WebCuriosos

Bem abaixo dos nossos pés, a uma profundidade impressionante de mais de 5.100 km, encontra-se o núcleo interno da Terra — uma bola sólida de ferro e níquel que desempenha um papel crucial na formação das condições que vivenciamos na superfície. Na verdade, sem ele dificilmente existiríamos.

Mas, apesar de sua importância, é um pouco confuso como ele se formou e se desenvolveu. Nem sabemos quantos anos tem. Felizmente, a física mineral está nos aproximando da solução do mistério.

O núcleo interno é responsável pelo campo magnético da Terra, que atua como um escudo, protegendo-nos da radiação solar prejudicial. Este campo magnético pode ter sido importante para criar as condições que permitiram que a vida prosperasse há milhares de milhões de anos.

O núcleo interno da Terra já foi líquido, mas tornou-se sólido com o tempo.
À medida que a Terra esfria gradualmente, o núcleo interno se expande para fora e o líquido rico em ferro circundante “congela”. Dito isto, ainda está extremamente quente, pelo menos 5.000 Kelvin (K) (4726,85°C).

Esse processo de congelamento libera elementos, como oxigênio e carbono, que não são compatíveis com o estado de um sólido quente. Ele cria um líquido quente e flutuante na parte inferior do núcleo externo.

O líquido sobe até o núcleo externo líquido e se mistura com ele, o que cria correntes elétricas (por meio da “ação do dínamo”), que geram nosso campo magnético.

Já se perguntou o que mantém a aurora boreal dançando no céu? Você pode agradecer ao núcleo interno.

Cristalização enigmática

Para compreender como o campo magnético da Terra evoluiu ao longo da sua história, os geofísicos utilizam modelos que simulam o estado térmico do núcleo e do manto.

Esses modelos nos ajudam a compreender como o calor é distribuído e transferido dentro da Terra. Eles assumem que o núcleo interno sólido apareceu pela primeira vez quando o líquido esfriou até o ponto de fusão, tomando isso como o tempo quando começou a congelar. O problema é que isso não reflete com precisão a processo de congelamento.

Os cientistas exploraram, portanto, o processo de “super-resfriamento”. Super-resfriamento ocorre quando um líquido é resfriado abaixo de seu ponto de congelamento sem se transformar em sólido. Isso acontece com água na atmosferaàs vezes atingindo -30°C antes de formar granizo, e também com ferro no núcleo da Terra.

Os cálculos sugerem que até 1.000K de super-resfriamento são realmente necessários congelar ferro puro no núcleo da Terra. Dado que a condutividade do núcleo implica que arrefece a uma taxa de 100-200K por mil milhões de anos, isto representa um desafio significativo.

Este nível de super-arrefecimento implica que o núcleo teria de estar abaixo do seu ponto de fusão durante toda a sua história (1.000 a 500 milhões de anos), o que apresenta complicações adicionais.

Como não podemos acessar fisicamente o núcleo – os humanos perfuraram apenas 12 km na Terra – confiamos quase inteiramente na sismologia para compreender o interior do nosso planeta.

O núcleo interno foi descoberto em 1936 e seu tamanho (cerca de 20% do raio da Terra) é uma das propriedades mais bem restritas das profundezas da Terra. Usamos essas informações para estimar a temperatura do núcleo, assumindo que a fronteira entre o sólido e o líquido representa a intersecção do ponto de fusão e da temperatura do núcleo.

Esta suposição também nos ajuda a estimar a extensão máxima do super-resfriamento que poderia ter ocorrido antes do núcleo interno começar a se formar a partir de um núcleo interno e externo combinados.

Se o núcleo congelou há relativamente pouco tempo, o estado térmico atual no limite entre o núcleo interno e o núcleo externo indica o quanto o núcleo combinado poderia estar abaixo do seu ponto de fusão quando o núcleo interno começou a congelar. Isto sugere que, no máximo, o núcleo poderia ter sido super-resfriado em cerca de 400K.

Isto é pelo menos o dobro do que a sismologia permite. Se o núcleo foi super-resfriado em 1.000 K antes do congelamento, o núcleo interno deveria ser muito maior do que o observado. Alternativamente, se 1.000K são necessários para o congelamento e nunca foram alcançados, o núcleo interno não deveria existir.

Claramente, nenhum dos cenários é preciso, então qual poderia ser a explicação?

Os físicos minerais testaram ferro puro e outras misturas para determinar quanto super-resfriamento é necessário para iniciar a formação do núcleo interno. Embora estes estudos ainda não tenham fornecido uma resposta definitiva, existem avanços promissores.

Por exemplo, aprendemos que o inesperado estruturas cristalinas e o presença de carbono pode afetar o super-resfriamento. Essas descobertas sugerem que certa química ou estrutura que não havia sido considerada anteriormente pode não exigir um super-resfriamento tão grande.

Se o núcleo pudesse congelar a menos de 400K de super-resfriamento, isso poderia explicar a presença do núcleo interno como o vemos hoje.

As implicações de não compreender a formação do núcleo interno são de longo alcance. Estimativas anteriores da idade do núcleo interno variam de 500 a 1.000 milhões de anos. Mas isso não explica o problema do super-resfriamento. Mesmo um super-resfriamento modesto de 100K poderia significar que o núcleo interno é várias centenas de milhões de anos mais jovem do que se pensava anteriormente.

Compreender a assinatura da formação do núcleo interno no registo de rochas paleomagnéticas – um arquivo do campo magnético da Terra – é crucial para aqueles que estudam o impacto da radiação solar nas extinções em massa.

Até compreendermos melhor a história do campo magnético, não podemos determinar completamente o seu papel no surgimento de condições habitáveis ​​e de vida.

Alfred Wilson-SpencerBolsista de Pesquisa em Física Mineral, Universidade de Leeds

Este artigo foi republicado de A conversa sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.