Abaixo do núcleo externo fundido da Terra encontra-se uma região central densa — o núcleo interno, uma esfera compacta feita de uma liga de ferro e elementos leves comprimida por mais de 3,3 milhões de atmosferas e aquecida a temperaturas comparáveis à superfície do Sol. Durante muitos anos, os pesquisadores lutaram para explicar seu comportamento incomum. Embora o núcleo interno seja sólido, ele se comporta como um metal amolecido, retardando ondas sísmicas de cisalhamento e exibindo uma razão de Poisson mais semelhante à de manteiga do que à de aço. Este paradoxo levantou uma questão fundamental: como o centro sólido do planeta pode parecer firme, mas estranhamente maleável?
Um estudo importante publicado na National Science Review oferece uma explicação robusta. A equipe de pesquisa relata que o núcleo interno da Terra não se comporta como um sólido convencional — em vez disso, ele existe em um estado superiônico no qual elementos leves se movem através de uma estrutura de ferro estável como se fossem líquidos. Essa descoberta reformula nossa compreensão da camada mais profunda do planeta.
A investigação, liderada pelo Prof. Youjun Zhang e pelo 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. Nesse ambiente, os átomos de carbono se deslocam rapidamente pela rede de ferro, reduzindo consideravelmente 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 notavelmente baixa,” disse o Prof. Zhang. “Neste estado, os átomos de carbono se tornam altamente móveis, difundindo-se pela estrutura cristalina de ferro como crianças se movendo em uma dança de quadrilha, enquanto o ferro permanece sólido e ordenado. Essa chamada ‘fase superiônica’ reduz dramaticamente a rigidez da liga.”
Provas Experimentais Confirmam Previsões Anteriores
Embora simulações por computador em 2022 sugerissem que o núcleo interno poderia assumir essa forma exótica, confirmá-la em laboratório provou ser difícil — até agora. Usando uma plataforma de compressão dinâmica de choque, os pesquisadores impulsionaram amostras de ferro-carbono a 7 quilômetros por segundo, alcançando pressões de até 140 gigapascais e temperaturas próximas a 2600 kelvins, reproduzindo de perto o ambiente encontrado no núcleo interno.
Ao emparelhar medições de velocidade sonora in situ com simulações avançadas de dinâmica molecular, a equipe detectou uma perda dramática da velocidade de onda de cisalhamento e um aumento acentuado na razão de Poisson. Esses resultados estão alinhados com as características sísmicas inesperadamente moles registradas na Terra. Em um nível atômico, os dados mostraram átomos de carbono se movendo livremente pela estrutura ordenada do ferro, enfraquecendo-a sem causar o colapso da rede.
Um Núcleo Superiônico que Molda 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 dos elementos leves pode ajudar a alimentar o motor magnético da Terra.”
O estudo também esclarece debates sobre o comportamento de elementos leves sob pressão extrema. Pesquisas anteriores focaram principalmente em compostos ou ligas substitucionais, mas este trabalho destaca o papel fundamental das soluções sólidas intersticiais (especialmente aquelas envolvendo carbono) no controle das propriedades físicas do núcleo.
Uma Mudança na Forma como os Cientistas Veem o Centro da Terra
De acordo com o Prof. Zhang, essas descobertas representam uma grande mudança 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 ele.
As implicações vão 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 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.
