Núcleo da Terra não é sólido, é superiônico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/02/2022

Estrutura interior da Terra, com seu núcleo interno superiônico.
[Imagem: Yu He et al. - 10.1038/s41586-021-04361-x]

Núcleo interno da Terra

Embora o modelo clássico do interior do nosso planeta estabeleça que ele contenha um núcleo externo líquido e um núcleo interno sólido, têm surgido indícios de que o núcleo interno da Terra pode não ser totalmente sólido.

Essa hipótese agora ganhou sustentação com os cálculos realizados por Yu He e uma equipe de geoquímicos da Academia Chinesa de Ciências.

O núcleo interno da Terra é formado e cresce devido à solidificação do ferro líquido no limite interno do núcleo. Mas esse núcleo interno é menos denso do que o ferro puro, devido à presença de que alguns elementos leves.

O trabalho de He mostrou que a presença desses materiais mais leves faz com que o núcleo interno da Terra não seja um sólido normal, sendo composto por uma sub-rede de ferro sólido e elementos leves, que se comportam de modo semelhantes a líquidos, formando o que é conhecido como um estado superiônico.

E esses elementos leves do tipo líquido não ficam "travados" em uma estrutura típica de uma rede cristalina: Eles são altamente difusivos nas sub-redes de ferro devido às pressões e temperaturas extremamente altas do centro do planeta.

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Estado superiônico

Um estado superiônico, caracterizado pela alta eficiência na condução de íons, ou átomos eletricamente carregados, é um estado intermediário entre o sólido e o líquido.

A novidade do trabalho está em uma simulação computacional da alta pressão e alta temperatura do interior do planeta que foi feita a partir dos primeiros princípios da mecânica quântica, ou seja, considerando o comportamento e a interação desses íons, tanto do ferro quanto dos elementos mais leves que devem estar presentes no núcleo interno.

A simulação mostrou que algumas ligas metálicas que se formam no núcleo (Fe-H, Fe-C e Fe-O) não permanecem sólidas, transicionando para um estado superiônico sob as condições do núcleo interno.

Nas ligas de ferro superiônicas, os elementos leves ficam desordenados e se difundem como um líquido na rede cristalina, enquanto os átomos de ferro permanecem ordenados e vibram em torno de sua rede, formando a estrutura sólida de ferro. Os coeficientes de difusão do carbono, hidrogênio e oxigênio (C, H e O) nas ligas de ferro superiônicas são os mesmos que no ferro líquido.

"É bastante anormal. A solidificação do ferro no limite do núcleo interno não altera a mobilidade desses elementos leves, e a convecção dos elementos leves é contínua no núcleo interno," disse o professor Yu He.

A equipe também calculou as velocidades sísmicas nessas ligas de ferro superiônicas e identificou uma diminuição significativa na velocidade das ondas de cisalhamento, algo já verificado experimentalmente. "Nossos resultados se encaixam bem com observações sismológicas. São os elementos semelhantes a líquidos que fazem o núcleo interno amolecer," disse Shichuan Sun, coautor do trabalho.

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