Uma Explicação para o Comportamento Incomum

Um estudo importante publicado na National Science Review oferece uma forte explicação. A equipe de pesquisa relata que o núcleo interno da Terra não se comporta como um sólido convencional – em vez disso, existe em um estado superiônico no qual elementos leves se movimentam através de uma estrutura de ferro estável como se fossem líquidos. Esta descoberta reformula nossa compreensão da camada mais profunda do planeta.

A investigação, liderada pelo Prof. Youjun Zhang e Dr. Yuqian Huang da Universidade de Sichuan, juntamente com o Prof. Yu He do Instituto de Geoquímica da Academia Chinesa de Ciências, demonstra que ligas de ferro-carbono se transformam em uma fase superiônica sob as condições extremas do núcleo interno. Neste ambiente, átomos de carbono se movem rapidamente pela rede de ferro, reduzindo drasticamente a rigidez da liga.

“Pela primeira vez, mostramos experimentalmente que a liga de ferro-carbono sob as condições do núcleo interno apresenta uma velocidade de cisalhamento surpreendentemente baixa,” disse o Prof. Zhang. “Neste estado, os átomos de carbono se tornam altamente móveis, difundindo-se pela estrutura cristalina de ferro como crianças dançando em um quadrado, enquanto o ferro em si permanece sólido e ordenado. Esta chamada ‘fase superiônica’ reduz dramaticamente a rigidez da liga.”

Evidence Experimental Confirma Previsões Anteriores

Embora simulações por computador em 2022 sugerissem que o núcleo interno poderia assumir essa forma exótica, confirmá-la em laboratório havia se mostrado difícil – até agora. Usando uma plataforma de compressão dinâmica por choque, os pesquisadores impulsionaram amostras de ferro-carbono a 7 quilômetros por segundo, alcançando pressões de até 140 gigapascal e temperaturas próximas a 2600 kelvin, reproduzindo de perto o ambiente encontrado no núcleo interno.

A equipe, ao emparelhar medições de velocidade sonora in-situ com simulações avançadas de dinâmica molecular, detectou uma perda dramática de velocidade de onda de cisalhamento e um aumento acentuado no coeficiente de Poisson. Esses resultados estão alinhados com as características sísmicas inesperadamente suaves registradas dentro da Terra. Em nível atômico, os dados mostraram átomos de carbono se movendo livremente através da estrutura ordenada do ferro, enfraquecendo-a sem causar o colapso da rede.

Um Núcleo Superiônico que Modela a Dinâmica da Terra

O modelo superiônico não apenas explica anomalias sísmicas de longa data, mas também amplia nossa compreensão de como o núcleo interno contribui para os processos internos da Terra. O movimento de elementos leves pode explicar a anisotropia sísmica – variações 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 interno representa uma fonte de energia anteriormente negligenciada para o geodinamômetro,” disse o Dr. Huang. “Além do calor e da convecção composicional, o movimento fluido de elementos leves pode ajudar a alimentar o motor magnético da Terra.”

O estudo também esclarece debates sobre o comportamento de elementos leves sob alta pressão. Pesquisas anteriores focaram principalmente em compostos ou ligas substitucionais, mas este trabalho destaca o papel crucial das soluções sólidas intersticiais (especialmente aquelas envolvendo carbono) no controle das propriedades físicas do núcleo.

Uma Mudança na Visão Científica do Centro da Terra

De acordo com o Prof. Zhang, essas descobertas representam uma mudança significativa na forma como os cientistas interpretam o núcleo interno. “Estamos nos afastando de um modelo estático e rígido do núcleo interno em direção a um modelo dinâmico,” explicou.

As implicações se estendem além da Terra. Identificar uma fase superiônica no núcleo interno também pode melhorar nossa compreensão da evolução magnética e térmica em outros planetas rochosos e exoplanetas. Como observa Zhang, “Entender esse estado oculto da matéria nos aproxima um passo mais de desvendar os segredos dos interiores planetários semelhantes à 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 Jovem da CAS.