Ilustração de cristais de sílica saindo do metal líquido do núcleo externo da Terra devido a uma reação química induzida pela água. Crédito: Dan Shim/ASU
Um estudo inovador revela que a água superficial da Terra atinge o núcleo, alterando a sua composição e sugerindo uma interação núcleo-manto mais dinâmica e um ciclo global complexo da água.
Há algumas décadas, sismólogos que estudam as profundezas do planeta identificaram uma camada fina, com pouco mais de algumas centenas de quilómetros de espessura. A origem desta camada, conhecida como camada E prime, tem sido um mistério – até agora.
Uma equipe internacional de pesquisadores, incluindo os cientistas da Universidade Estadual do Arizona, Dan Shim, Taehyun Kim e Joseph O’Rourke, da Escola de Exploração da Terra e do Espaço, revelou que a água da superfície da Terra pode penetrar profundamente no planeta, alterando a composição de a região mais externa do núcleo líquido metálico e criando uma camada fina e distinta.
A pesquisa deles foi publicada em 13 de novembro na revista Geociências da Natureza.
O Processo de Transporte em Águas Profundas
A pesquisa indica que ao longo de bilhões de anos, a água superficial foi transportada para as profundezas da Terra por placas tectônicas descendentes ou subduzidas. Ao atingir o limite núcleo-manto, cerca de 2.800 milhas abaixo da superfície, esta água desencadeia uma profunda interação química, alterando a estrutura do núcleo.
Ilustração do interior da Terra revelando água em subducção e uma pluma ascendente de magma. Na interface onde a água em subducção encontra o núcleo, ocorre uma troca química para formar uma camada rica em hidrogênio no núcleo externo superior e sílica densa na parte inferior do manto. Crédito: Universidade Yonsei
Interações Químicas na Fronteira Núcleo-Manto
Junto com Yong Jae Lee do Universidade Yonsei na Coreia do Sul, Shim e sua equipe demonstraram, por meio de experimentos de alta pressão, que a água subduzida reage quimicamente com os materiais do núcleo. Esta reação forma uma camada rica em hidrogênio e pobre em silício, alterando a região superior do núcleo externo em uma estrutura semelhante a um filme. Além disso, a reação gera cristais de sílica que sobem e se integram ao manto. Prevê-se que esta camada metálica líquida modificada seja menos densa, com velocidades sísmicas reduzidas, em alinhamento com características anômalas mapeadas por sismólogos.
Interação Núcleo-Manto e Implicações Globais
“Durante anos, acreditou-se que a troca de material entre o núcleo e o manto da Terra era pequena. No entanto, as nossas recentes experiências com alta pressão revelam uma história diferente. Descobrimos que quando a água atinge o limite núcleo-manto, ela reage com o silício no núcleo, formando sílica”, disse Shim. “Esta descoberta, juntamente com a nossa observação anterior de diamantes formados a partir da reação da água com o carbono no ferro líquido sob extrema pressão, aponta para uma interação núcleo-manto muito mais dinâmica, sugerindo uma troca substancial de material.”
Esta descoberta avança a nossa compreensão dos processos internos da Terra, sugerindo um ciclo global da água mais extenso do que o anteriormente reconhecido. A “película” alterada do núcleo tem implicações profundas para os ciclos geoquímicos que conectam o ciclo das águas superficiais com o núcleo metálico profundo.
Este estudo foi conduzido por uma equipe internacional de geocientistas usando técnicas experimentais avançadas na Advanced Photon Source do Argonne National Lab e PETRA III da Deutsches Elektronen-Synchrotron na Alemanha para replicar as condições extremas na fronteira núcleo-manto.
Os membros da equipe e suas principais funções na ASU são Kim, que iniciou este projeto como estudante visitante de doutorado e agora é pesquisador de pós-doutorado na Escola de Exploração Terrestre e Espacial; Shim, professor da Escola de Exploração Terrestre e Espacial, que liderou o trabalho experimental de alta pressão; e O’Rourke, professor assistente da Escola de Exploração Terrestre e Espacial, que realizou simulações computacionais para compreender a formação e persistência da camada fina alterada do núcleo. Lee liderou a equipe de pesquisa da Universidade Yonsei, junto com os principais cientistas Vitali Prakapenka e Stella Chariton da Advanced Photon Source e Rachel Husband, Nico Giordano e Hanns-Peter Liermann da Deutsches Elektronen-Synchrotron.
Este trabalho foi apoiado pelo programa NSF Earth Science.
