Abaixo do núcleo externo derretido da Terra há uma região central densa, o núcleo interno, uma esfera densa 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 anos, os pesquisadores lutaram para explicar seu comportamento incomum. Embora o núcleo seja sólido, ele se comporta como um metal amolecido, desacelerando as ondas de cisalhamento sísmico e exibindo um índice de Poisson mais semelhante ao da manteiga do que ao do aço. Este paradoxo levanta uma questão fundamental: como pode o centro sólido da Terra parecer sólido, mas incrivelmente flexível?
Um importante estudo publicado na National Science Review oferece uma explicação poderosa. A equipe relata que o núcleo da Terra não se comporta como um sólido convencional. Em vez disso, existe num estado superiônico no qual os elementos leves se movem como um líquido através de uma estrutura de ferro estável. Esta descoberta remodela a nossa compreensão das camadas mais profundas do nosso planeta.
A pesquisa, liderada pelo professor Zhang Youjun e pelo Dr. Huang Yuqian da Universidade de Sichuan e pelo professor He Yu do Instituto de Geoquímica da Academia Chinesa de Ciências, mostra que as ligas de ferro-carbono se transformam em uma fase superiônica sob condições extremas no núcleo. Neste ambiente, os átomos de carbono movem-se através da rede de ferro em altas velocidades, reduzindo bastante a rigidez da liga.
“Pela primeira vez, provamos experimentalmente que as ligas de ferro-carbono apresentam velocidades de cisalhamento muito baixas sob condições de núcleo.” Professor Zhang disse. “Neste estado, os átomos de carbono tornam-se altamente móveis, difundindo-se através da estrutura cristalina do ferro como crianças dançando quadrilha, enquanto o próprio ferro permanece sólido e ordenado. Esta chamada ‘fase superiônica’ reduz muito a rigidez da liga.”
Evidências experimentais confirmam previsões anteriores
Embora simulações de computador em 2022 sugiram que o núcleo pode assumir esta forma peculiar, confirmar isso em laboratório tem sido difícil até agora. Os pesquisadores usaram uma plataforma de compressão de choque dinâmica para impulsionar a amostra de ferro-carbono a 7 quilômetros por segundo, atingindo pressões de 140 gigapascais e temperaturas próximas de 2.600 Kelvin, recriando de forma realista o ambiente encontrado no núcleo.
Ao combinar medições in-situ da velocidade do som com simulações avançadas de dinâmica molecular, a equipe encontrou uma diminuição dramática na velocidade das ondas de cisalhamento e um aumento acentuado no índice de Poisson. Esses resultados são consistentes com assinaturas inesperadas de terremotos leves registradas na Terra. A nível atômico, os dados mostram que os átomos de carbono se movem livremente dentro da estrutura ordenada do ferro, enfraquecendo o ferro, mas não causando o colapso da rede.
O núcleo superiônico que molda a geodinâmica
O modelo superion não só explica anomalias sísmicas de longa data, mas também expande a nossa compreensão de como o núcleo interno afeta os processos internos da Terra. O movimento dos elementos leves pode explicar a anisotropia sísmica (mudanças direcionais nas velocidades das ondas sísmicas) e também pode desempenhar um papel na manutenção do campo magnético da Terra.
“A difusão atômica dentro do núcleo representa uma fonte de energia do geodínamo anteriormente negligenciada”, 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 o debate sobre o comportamento de elementos leves sob extrema pressão. Pesquisas anteriores concentraram-se em compostos ou ligas alternativas, mas este trabalho destaca o papel crítico das soluções sólidas intersticiais, especialmente aquelas que envolvem carbono, no controle das propriedades físicas essenciais.
Mudança na visão dos cientistas sobre o centro da Terra
O professor Zhang disse que as descobertas representaram uma grande mudança na forma como os cientistas interpretam o núcleo. “Estamos mudando de modelos centrais rígidos e estáticos para modelos dinâmicos”, explica ele.
O impacto se estende além do planeta. A identificação de fases superiônicas no núcleo também poderia melhorar nossa compreensão da evolução magnética e térmica de outros planetas rochosos e exoplanetas. Como Zhang salienta: “Compreender este estado oculto da matéria aproxima-nos um passo de desvendar os segredos do interior de planetas semelhantes à Terra”.
A pesquisa foi apoiada pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, pelo Programa Provincial de Ciência e Tecnologia de Sichuan e pela Equipe Interdisciplinar Juvenil da Academia Chinesa de Ciências.
