Em 2023, sismólogos da Universidade Nacional Australiana revelaram evidências de que a Terra carrega uma esfera oculta dentro do seu núcleo interno, uma bola de ferro com cerca de 1.300 km de largura, cujos cristais estão inclinados em direções diferentes daquelas da camada circundante. Eles transformam-se em toques planetários, ecoando para frente e para trás através das rochas e metais mais profundos, milhares de quilômetros abaixo de nossos pés.
Uma pesquisa repleta de imagens que os geólogos vêm fazendo há um século. Durante muito tempo, a Terra foi ensinada como tendo quatro camadas organizadas: crosta, manto, núcleo externo líquido e núcleo interno sólido. Agora havia um quinto, enfiado dentro do quarto como um caroço dentro de um pêssego.
Ninguém mais viu isso. Ninguém nunca o fará.
Como você pode encontrar uma bola que você não consegue alcançar
O buraco mais profundo que os humanos já perfuraram, o poço Kola Superdeep, no lado russo do Mar de Barents, afundou 12,2 quilómetros antes de a rocha ficar demasiado quente e plástica para perfurar. O centro da Terra está 6.371 km abaixo da superfície. Devem ser feitas inferências a partir de cada onda de reivindicação sobre o que está abaixo.
Quando um grande terremoto rompe a crosta, envia dois tipos de ondas sísmicas para o planeta. As ondas P são contráteis como o som; Eles podem viajar através de sólidos e líquidos. As ondas S são ondas de cisalhamento; Eles só podem viajar com dificuldade. Ambos dobram, refletem e refratam quando atingem limites entre elementos de diferentes densidades e solididades.
Sismógrafos espalhados por todo o mundo captam essas ondas minutos a horas após um terremoto e, comparando os tempos e tamanhos de chegada em centenas de estações, os pesquisadores podem reconstruir por onde cada onda passou e por onde passou. É essencialmente uma tomografia computadorizada do planeta, criada a partir de milhares de exposições naturais geradas pela tectônica.
Núcleo interno e depois núcleo interno
O núcleo interno só foi descoberto em 1936 por sismólogos dinamarqueses Inge Lehmannque notaram que as ondas P do terremoto na Nova Zelândia, distantes da Terra, estavam fazendo coisas que não deveriam fazer se todo o núcleo fosse líquido. Ele propôs uma esfera interna densa no meio, com cerca de 2.440 km de diâmetro, menor que a Lua, feita principalmente de ferro com níquel. Sua solidez foi confirmada por sismólogos posteriores.
Esse núcleo interno é incrivelmente quente, cerca de 5.400 graus Celsius, quase tão quente quanto a superfície do Sol. Ele só permanece sólido porque a pressão naquela profundidade, cerca de 3,6 milhões de vezes a pressão atmosférica, comprime os átomos de ferro com tanta força que eles não conseguem passar uns pelos outros.
Na década de 1980, os sismólogos notaram algo estranho na forma como as ondas viajam através dessas bolas de ferro. As ondas P pólo a pólo viajam vários por cento mais rápido do que as ondas que viajam ao longo do equador. Os cristais de ferro dentro do núcleo interno estavam alinhados uniformemente, todos apontando aproximadamente ao longo do eixo de rotação da Terra, uma propriedade chamada anisotropia.
A primeira indicação de que o próprio centro poderia ser diferente surgiu em 2002, quando Miyaki Ishii e Adam Dziewski, de Harvard, propuseram um “núcleo interno”, uma região com várias centenas de quilómetros de raio onde o ferro parecia estar alinhado ao longo de um eixo diferente do da casca que o rodeia. A ideia tem sido controversa ao longo dos anos, com alguns estudos apoiando-a e outros não encontrando necessidade dela.
O que Phạm e Tkalčić ouviram
A imagem nítida veio em duas etapas. Em 2015, Tao Wang e Xiaodong Song, trabalhando na Universidade de Illinois e na Universidade de Nanjing, analisaram a autocorrelação da coda do terremoto e relataram que os cristais de ferro no interior do núcleo interno apontam aproximadamente para leste-oeste, enquanto o xisto circundante é norte-sul. Então, em 2023, Thanh-Son Phạm e Hrvoje Tkalčić, da Universidade Nacional Australiana, confirmaram o núcleo interno distinto com uma técnica diferente: ondas sísmicas que reverberam por todo o planeta como um sino tocado.
Depois de um terremoto muito grande, como o evento de magnitude 9,1 de Sumatra em 2004 ou o evento de magnitude 9,0 de Tohoku em 2011, a energia sísmica reverbera durante dias. As ondas atravessam o núcleo, refletem na crosta, atravessam o núcleo novamente e continuam. Phạm e Tkalčić empilharam gravações de cerca de 200 grandes terremotos e extrairam um sinal do ruído: as ondas que viajam pelos 650 quilômetros mais profundos do núcleo se comportam de maneira diferente das ondas que viajam através da concha que envolve o núcleo interno.
Na camada externa do núcleo interno, a direção mais rápida da onda P é aproximadamente norte-sul ao longo do eixo de rotação. No núcleo interno, a direção mais rápida está inclinada em direção ao plano equatorial, mais próximo de leste-oeste. Os cristais de ferro no meio ainda estão alinhados, apenas alinhados ao longo de um eixo diferente.
O terremoto de Tohoku em 2011, em particular, forneceu aos pesquisadores um conjunto de dados notável. Aquele terremoto foi tão forte As ondas são enviadas rio abaixo e voltam e atingem as ilhas japonesas Alguns milímetros a leste. As mesmas ondas registadas em todo o mundo ajudaram a preencher a imagem do seu reflexo.
Por que o cristal estaria inclinado?
Sob condições básicas, o ferro cristaliza em uma estrutura hexagonal compacta, uma pequena pilha de hexágonos atômicos. Sob as condições certas, populações inteiras de cristais podem se alinhar, criando a anisotropia medida pelos sismólogos.
A questão é o que faz com que eles se alinhem de um lado da camada externa e se aprofundem do outro.
Uma ideia é que o núcleo interno seja um fóssil. Formou-se no início da história do núcleo interno, quando as condições eram diferentes, talvez com um campo magnético mais fraco ou orientado de forma diferente. Os cristais congelam nessa orientação original e, à medida que o núcleo cresce para fora, novos cristais de ferro na superfície dessa semente crescem num alinhamento diferente daquele definido pelo dínamo magnético moderno.
Outra possibilidade é que o núcleo interno seja uma fase cristalina completamente diferente, uma forma densa de ferro centrada no corpo, em vez de hexagonal compacta, estável apenas a pressões muito altas no centro do planeta. Experimentos de laboratório colocando ferro em células de bigorna de diamante sugeriram que tal transformação era plausível.
De qualquer forma, a fronteira entre as duas regiões marca uma mudança no que o ferro está fazendo em escala atômica. É tão real como uma fronteira entre a água e o gelo, escondida milhares de quilómetros abaixo da costa mais próxima.
O núcleo em lenta mudança do interior do planeta
O núcleo interno não é estático. Ele cresce cerca de um milímetro por ano à medida que o núcleo externo líquido esfria e o ferro cristaliza em sua superfície. Esta cristalização libera elementos de calor e luz, que conduzem convecção no núcleo externo líquido, criando o campo magnético da Terra. Se o núcleo interno não congelar lentamente, a bússola não funcionará, as auroras desaparecerão e a atmosfera enfrentará o vento solar.
O núcleo interno parece girar de forma ligeiramente diferente do resto do planeta, às vezes mais rápido, às vezes mais devagar, num padrão que varia ao longo das décadas. Alguns estudos sugerem que ele quebrou mais recentemente do que na superfície. O núcleo interno, todo embutido, adiciona outra camada ao quebra-cabeça.
Trabalhos mais recentes mantiveram a imagem refinada. Em agosto de 2024, pesquisadores da Australian National University Uma região em forma de donut é descrita dentro do núcleo externo líquidoindicando que a Terra profunda tem mais camadas estruturalmente do que o modelo de cinco camadas.
A mesma técnica funciona em outros planetas
O que tornou estas descobertas possíveis é que milhares de sismógrafos digitais de alta qualidade que operam em todo o mundo estão agora a ser exportados para fora do planeta. O módulo de pouso InSight da NASA esteve em Marte de 2018 a 2022 com um único sismômetro altamente sensível, ouvindo Maerskcomp.
Em 2025, a análise desses dados sugere que Marte tem um núcleo interno sólido menor dentro do seu núcleo externo líquido, um eco estrutural da Terra. D Ondas sísmicas da Marscomp Earthquake conta uma história semelhante, com apenas um instrumento em vez de centenas.
A técnica que revelou o núcleo interno da Terra tornou-se um padrão para estudar o interior de planetas rochosos. O que começou como um acidente de geometria, a forma como uma onda de compressão se curva quando atingida por uma bola de ferro, é agora um método viável para explorar mundos que nenhuma broca jamais tocará.
Uma bola de metal da largura do Texas, enterrada no meio
O núcleo interno tem cerca de 1.300 quilômetros de diâmetro, aproximadamente a largura do Texas, ou pouco mais de um terço do caminho através da Lua. Ele pesa 10^22 quilogramas, uma pequena fração da massa da Lua, compactada bem no centro do planeta.
Esteve presente de alguma forma no passado do planeta, crescendo à medida que o núcleo congela lentamente. Nunca viu a luz do dia. Isso nunca acontecerá. Num mar raso, todos os seus átomos estiveram sob pressão esmagadora muito antes da primeira célula se dividir, e permanecerão lá muito depois de o último edifício humano ter desaparecido.
A razão pela qual alguém sabe disso é que quando o fundo do oceano do Japão deslizou em 2011, o anel do planeta As notícias são transmitidas através de cada sismógrafo Aquele grande tremor no mundo é exatamente o mesmo evento que Phạm e Tkalčić acumularam, o suficiente para ouvir um caroço no centro das atenções.
