O centro da terra parece uma contradição. O núcleo interno é quente o suficiente para ficar na mesma faixa de temperatura da superfície visível do Sol, mas não é um oceano líquido. É uma esfera sólida e rica em ferro que é esmagada pelo peso do resto do planeta.
Essa afirmação não se baseia em uma amostra. Nenhuma broca chegou perto do núcleo e nenhum pedaço dela foi trazido à superfície. As evidências vêm da sismologia, da física mineral e de experimentos de alta pressão que tentam recriar uma pequena fração das condições originais em laboratório.
O ponto de partida ideal é O modelo terrestre de referência principal foi publicado em 1981 por Adam Dzionski e Don Anderson. O PREM estabelece a fronteira entre o núcleo externo líquido e o núcleo interno sólido, cerca de 5.150 km abaixo da superfície, com o núcleo interno estendendo-se cerca de 1.220 km no centro da Terra.
Acima dele está o núcleo externo, uma concha de metal rica em ferro líquido. Abaixo dele está o núcleo interno, que é feito principalmente de liga de ferro sólido. A fronteira entre os dois é uma das transições de fase mais extremas do planeta: de um lado o metal flui, do outro o metal se aglutina em um sólido.
Uma temperatura que parece impossível
A comparação do Sol é útil porque fornece um número abstrato à escala humana. A Folha Informativa Solar da NASA lista a temperatura efetiva aproximada do Sol 5.772 Kelvin. As estimativas de temperatura perto do limite do núcleo interno da Terra situam-se basicamente na mesma faixa, embora o número exato ainda seja contestado.
Um cálculo influente de Dario Alfe, Michael Gillan e Geoffrey Price usou simulações ab initio e restrições sísmicas para estimar a composição e a temperatura do núcleo. deles Cartas da Terra e da Ciência Planetária de 2002 Coloca a temperatura no limite interno do núcleo na faixa de cerca de 5.400 a 5.700 Kelvin.
Trabalhos de laboratório posteriores levantaram possíveis pontos de fusão. UM Artigo científico de 2013 liderado por Simon Angelini relataram uma temperatura de fusão do ferro de cerca de 6.230 Kelvin, usando espalhamento rápido de raios X em pressões e condições extremas próximas ao limite do núcleo interno, com uma grande incerteza.
Estes números não significam que os geofísicos conheçam a temperatura do núcleo interno até ao último grau. Eles significam que a escala correta é de milhares de Kelvins, não de centenas. O núcleo profundo é um lugar onde as intuições cotidianas sobre o quente e o difícil param de funcionar.
Por que o ferro quente ainda pode ser duro
Na superfície, o ferro puro derrete a cerca de 1.811 Kelvin ou 1.538 graus Celsius. Se o material rico em ferro do núcleo interno estiver sob pressão normal, uma temperatura de cinco ou seis mil Kelvin não o deixará como uma bola sólida e organizada.
A diferença é a pressão. Perto do limite do núcleo interno, a pressão é de cerca de 330 gigapascais, ou mais de três milhões de vezes a pressão atmosférica. Sob essa carga, os átomos de ferro são forçados a ficar tão próximos uns dos outros que a curva de fusão se desloca para cima. Em termos gerais, a pressão aumenta a temperatura na qual os metais ricos em ferro podem permanecer sólidos.
Este é o cerne do paradoxo. O núcleo interno não é sólido porque está frio. Isto é difícil porque a temperatura de fusão da liga de ferro à pressão central é superior à temperatura local. Mova o mesmo material para a superfície sem alterar seu calor e ele não se comportará como uma esfera de metal frio.
O núcleo externo é, inversamente, líquido pela mesma razão. A sua pressão é baixa, a sua composição é diferente e a sua temperatura situa-se no lado líquido do limite de fusão relevante. A Terra tem, portanto, uma concha metálica líquida em torno de um núcleo metálico sólido, não porque um seja simplesmente quente e outro simplesmente frio, mas porque a pressão, a temperatura e a composição variam de forma diferente com a profundidade.
Não é ferro puro, não é rocha
A frase rico em ferro é importante. O núcleo não é considerado ferro puro. Provavelmente contém níquel e elementos leves como oxigênio, silício, enxofre, carbono ou hidrogênio. UM Estudo PNAS de 2014 por James Badrow, Alexander Cote e John Brodholt Composições de núcleo modeladas para atender às restrições sísmicas, tratando ligas de ferro com níquel e elementos leves.
Essa incerteza não é uma nota de rodapé menor. Os elementos leves alteram a densidade, a velocidade do som, o comportamento de congelamento e a forma como o núcleo externo líquido se combina. Um núcleo feito de ferro absolutamente puro não corresponde à densidade inferida das observações sísmicas, por isso o núcleo interno é melhor descrito como um metal rico em ferro, em vez de uma esfera de ferro perfeita.
Também não é rock. O manto superior do núcleo é composto principalmente de rocha silicatada, mas o núcleo é metálico. Esta separação é um registo da Terra primitiva, quando os metais mais densos afundaram para dentro e o material rochoso mais leve permaneceu no topo. O núcleo do planeta se parece mais com uma liga gigante de alta pressão do que com uma versão oculta da crosta.
Como os cientistas sabem que é difícil
Terremoto é a coisa mais próxima de escanear o planeta. Diferentes ondas sísmicas viajam através de sólidos e líquidos de diferentes maneiras. Alguns tipos de ondas não conseguem passar através de um líquido, enquanto outros se curvam, refletem ou aceleram quando cruzam as fronteiras entre os materiais.
A estrutura em camadas da Terra vem desse padrão de influxo global. Os sismólogos aprenderam que o núcleo externo deve ser fluido porque bloqueia as ondas de cisalhamento, enquanto outros caminhos das ondas revelam uma região central distinta. A existência do núcleo interno foi levantada pela primeira vez por Ing Lehmann em 1936, e modelos subsequentes refinaram seu tamanho, densidade e comportamento sísmico.
As provas tornaram-se mais detalhadas, mas não mais simples. O núcleo interno parece ter anisotropia, o que significa que as ondas sísmicas podem viajar de forma diferente dependendo da direção. Estudos também exploraram a diferenciação hemisférica, possíveis texturas em metais sólidos e mudanças próximas à fronteira com o núcleo externo líquido. A ilustração do livro didático é uma simplificação útil, não a coisa toda.
Um teste de pressão é do tamanho de um planeta
Os laboratórios podem espremer amostras microscópicas de ferro em diamantes ou comprimi-las com lasers, mas a Terra faz constantemente o teste real. Milhares de quilômetros acima do centro de gravidade acumulam rocha e metal. Essa pressão muda o que é sólido, líquido e derretido.
É por isso que o núcleo interno pode ser descrito como aquecido pelo sol e sólido, sem conflito. A temperatura por si só não determina o estado da matéria. A pressão pode mover fronteiras, e a fronteira no centro da Terra mudou para um lugar extraordinário.
O resultado é um dos fatos gerais mais estranhos sobre o planeta. Sob nossos pés há uma bola rica em ferro sob uma pressão tão esmagadora que o calor comparável à superfície do Sol não é suficiente para derretê-la. O núcleo interno não está desafiando a física. Mostra como fica a física quando o mundo inteiro é pressionado.
