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 que é 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 interno seja sólido, ele se comporta como um metal macio, retardando as ondas de cisalhamento sísmicas e exibindo um coeficiente de Poisson mais semelhante ao da manteiga do que ao do aço. Este paradoxo levanta uma questão fundamental: como pode o núcleo sólido do planeta ser sólido e estranhamente flexível?
Um importante estudo publicado na National Science Review oferece uma explicação poderosa. 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 onde os elementos leves passam através de uma estrutura de ferro estável como se fossem líquidos. Esta descoberta remodela a nossa imagem das camadas mais profundas do planeta.
A investigação, liderada pelo professor Yujun Zhang e pelo Dr. Yuqian Huang da Universidade de Sichuan, juntamente com o professor Yu He do Instituto de Geoquímica da Academia Chinesa de Geoquímica, mostra que as ligas de ferro-carbono migram para uma fase superiônica sob condições extremas no núcleo interno. Nesse ambiente, os átomos de carbono passam pela estrutura do ferro em altas velocidades, reduzindo bastante a dureza da liga.
“Pela primeira vez, mostramos experimentalmente que as ligas de ferro-carbono exibem uma velocidade de cisalhamento significativamente menor sob condições de núcleo no interior.” Professor Zhang disse. “Neste estado, os átomos de carbono tornam-se altamente móveis, espalhando-se pela estrutura cristalina do ferro como crianças dançando numa quadrilha, enquanto o próprio ferro permanece sólido e ordenado. Esta chamada” fase superiônica “reduz drasticamente a tenacidade da liga.”
Evidências experimentais confirmam previsões anteriores
Embora simulações de computador em 2022 sugerissem que o núcleo interno poderia assumir esta forma externa, revelou-se difícil confirmar em laboratório – até agora. Usando uma plataforma dinâmica de compressão de choque, os pesquisadores impulsionaram as 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. Esses resultados se alinham com características sísmicas inesperadamente suaves registradas na Terra. A nível atómico, os dados mostram que os átomos de carbono se movem livremente através da estrutura ordenada do ferro, enfraquecendo a rede sem quebrá-la.
Um núcleo superiônico que molda a dinâmica da Terra
O modelo superiónico não só explica as anomalias sísmicas crónicas, mas também expande a nossa compreensão de como o núcleo interno contribui para os processos internos da Terra. O movimento das partículas de luz pode explicar a anisotropia sísmica – a variação direcional na velocidade das ondas sísmicas – e também pode desempenhar um papel na sustentação do campo magnético da Terra.
“A expansão nuclear 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.”
A pesquisa também esclarece controvérsias sobre o comportamento de materiais leves sob estresse extremo. Pesquisas anteriores concentraram-se principalmente em compostos ou ligas alternativas, mas este trabalho destaca o papel fundamental das soluções sólidas intersticiais (especialmente envolvendo carbono) no controle das propriedades físicas do núcleo.
Uma mudança na forma como os cientistas veem o centro da Terra
Segundo o professor Zhang, estas descobertas representam uma grande mudança na forma como os cientistas interpretam o núcleo interno. “Estamos passando de um modelo estático e rígido do núcleo interno para um modelo dinâmico”, explicou ele.
O efeito se estende além da Terra. A detecção de uma fase superiônica no núcleo interno 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 mistérios internos de planetas como a 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.
