O coração pulsante de nosso planeta permaneceu um mistério para os cientistas que procuravam como a Terra se formava e o que entrava em sua criação. Mas um estudo recente foi capaz de recriar as intensas pressões que se aproximam daquelas encontradas no centro da Terra, dando aos pesquisadores um vislumbre dos primórdios do nosso planeta, e até mesmo como o núcleo pode parecer agora.
Eles anunciaram suas descobertas em uma edição recente da revista Science . "Se descobrirmos quais elementos estão no núcleo, podemos entender melhor as condições sob as quais a Terra se formou, o que nos informará sobre a história do sistema solar", disse Anat Shahar, geoquímico do Carnegie Institution for Science. em Washington, DC Também poderia dar aos pesquisadores um vislumbre de como outros planetas rochosos, tanto em nosso próprio sistema solar quanto além dele, vieram a existir.
A Terra se formou há cerca de 4, 6 bilhões de anos, através de incontáveis colisões entre corpos rochosos que variam em tamanho, desde objetos do tamanho de Marte até asteroides. À medida que a Terra primitiva crescia, sua pressão interna e temperatura também aumentavam.
Isso teve implicações sobre como o ferro - que compõe a maior parte do núcleo da Terra - interagia quimicamente com elementos mais leves, como hidrogênio, oxigênio e carbono, enquanto o metal mais pesado se separava do manto e afundava no interior do planeta. O manto é a camada abaixo da crosta terrestre e o movimento da rocha derretida através dessa região leva à tectônica de placas.
Os cientistas há muito reconhecem que a mudança de temperatura pode influenciar o grau em que uma versão, ou isótopo, de um elemento como o ferro se torna parte do núcleo. Esse processo é chamado de fracionamento isotópico.
Antes, porém, a pressão não era considerada uma variável crítica que afetava esse processo. "Nos anos 60 e 70, os experimentos foram realizados procurando esses efeitos de pressão e nenhum foi encontrado", diz Shahar, que faz parte do programa Deep Carbon Observatory. "Agora sabemos que as pressões em que eles estavam testando - cerca de dois gigapascals (GPa) - não eram altos o suficiente".
Um artigo de 2009 de outra equipe sugeriu que a pressão poderia ter influenciado os elementos que fizeram parte do núcleo do planeta. Então, Shahar e sua equipe decidiram investigar novamente seus efeitos, mas usando equipamentos que poderiam atingir pressões de até 40 GPa - muito mais perto dos 60 GPa que os cientistas acham que foi a média durante a formação inicial do núcleo da Terra.
Em experimentos realizados na Advanced Photon Source do Departamento de Energia dos Estados Unidos, uma instalação de usuário do Office of Science no Argonne National Laboratory em Illinois, a equipe colocou pequenas amostras de ferro misturadas com hidrogênio, carbono ou oxigênio entre as pontas de dois diamantes. Os lados dessa “célula de bigorna de diamante” foram então espremidos para gerar imensas pressões.
Depois, as amostras de ferro transformadas foram bombardeadas com raios-X de alta potência. "Nós usamos os raios-x para sondar as propriedades vibracionais das fases de ferro", disse Shahar. As várias freqüências de vibração diziam quais versões de ferro ela tinha em suas amostras.
O que a equipe descobriu é que a pressão extrema afeta o fracionamento de isótopos. Em particular, a equipe descobriu que as reações entre ferro e hidrogênio ou carbono - dois elementos considerados presentes no núcleo - deveriam ter deixado uma assinatura nas rochas do manto. Mas essa assinatura nunca foi encontrada.
"Portanto, não achamos que o hidrogênio e o carbono são os principais elementos de luz no núcleo", disse Shahar.
Em contraste, a combinação de ferro e oxigênio não teria deixado rastro no manto, de acordo com os experimentos do grupo. Então ainda é possível que o oxigênio possa ser um dos elementos mais leves do núcleo da Terra.
As descobertas confirmam a hipótese de que oxigênio e silício compõem a maior parte dos elementos leves dissolvidos no núcleo da Terra, diz Joseph O'Rourke, geofísico da Caltech em Pasadena, Califórnia, que não esteve envolvido no estudo.
"O oxigênio e o silício são imensamente abundantes no manto, e sabemos que são solúveis em ferro a altas temperaturas e pressões", diz O'Rourke. "Como o oxigênio e o silício são basicamente garantidos para entrar no núcleo, não há muito espaço para outros candidatos como hidrogênio e carbono."
Shahar disse que sua equipe planeja repetir seu experimento com silício e enxofre, outros constituintes possíveis do núcleo. Agora que eles mostraram que a pressão pode afetar o fracionamento, o grupo também planeja analisar os efeitos da pressão e da temperatura juntos, o que eles prevêem produzir resultados diferentes do que qualquer um sozinho. “Nossos experimentos foram feitos com amostras de ferro sólido à temperatura ambiente. Mas durante a formação do núcleo, tudo foi derretido ”, disse Shahar.
Os resultados de tais experimentos podem ter relevância para exoplanetas, ou planetas além do nosso próprio sistema solar, dizem os cientistas. "Porque para exoplanetas, você só pode ver suas superfícies ou atmosferas", disse Shahar. Mas como seus interiores afetam o que acontece na superfície, ela perguntou. "A resposta a essas perguntas afetará se há ou não vida em um planeta."
Aprenda sobre esta pesquisa e muito mais no Observatório Deep Carbon.
Nota do Editor, 05 de maio de 2016: Esta história originalmente colocou o site dos experimentos em Washington, DC Eles foram conduzidos em um laboratório em Illinois.
