Íons carregados interagindo com o campo magnético da Terra geralmente criam auroras perto dos pólos do planeta. A aurora austral ou “luzes do sul” são capturadas aqui pelo satélite IMAGE da NASA. Crédito: NASA
Um novo estudo descobriu um rápido “movimento coletivo” de átomos de ferro no núcleo interno da Terra. Este movimento pode explicar a suavidade inesperada do núcleo nos dados sísmicos e tem implicações para a compreensão da geração do campo magnético da Terra.
Os átomos de ferro que constituem o núcleo interno sólido da Terra estão firmemente unidos por pressões astronomicamente elevadas – as mais altas do planeta.
Mas mesmo aqui há espaço para manobra, descobriram os pesquisadores.
Um estudo liderado pela Universidade do Texas em Austin e colaboradores na China descobriu que certos agrupamentos de átomos de ferro no núcleo interno da Terra são capazes de se mover rapidamente, mudando de lugar numa fração de segundo, enquanto mantêm a estrutura metálica subjacente do ferro — um tipo de movimento conhecido como “movimento coletivo” que é semelhante aos convidados do jantar trocando de lugar em uma mesa.
Um modelo de átomos de ferro em movimento no núcleo interno da Terra. O modelo demonstra como se espera que os átomos de ferro se movam no núcleo interno da Terra ao longo de 10 picossegundos. Um picossegundo é um trilionésimo de segundo. Crédito: Zhang et al.
Implicações para o campo magnético da Terra
Os resultados, que foram baseados em experiências de laboratório e modelos teóricos, indicam que os átomos no núcleo interno se movem muito mais do que se pensava anteriormente.
As descobertas podem ajudar a explicar inúmeras propriedades intrigantes do núcleo interno que há muito incomodam os cientistas. Eles também poderiam ajudar a esclarecer o papel que o núcleo interno desempenha na alimentação do geodínamo da Terra – o processo indescritível que gera o campo magnético do planeta.
“Agora, sabemos sobre o mecanismo fundamental que nos ajudará a compreender os processos dinâmicos e a evolução do núcleo interno da Terra”, disse Jung-Fu Lin, professor da Escola de Geociências da UT Jackson e um dos principais autores do estudo.
O estudo foi publicado em 2 de outubro na revista Anais da Academia Nacional de Ciências.
Um clipe de um modelo científico mostrando como se espera que os átomos de ferro se movam no núcleo interno da Terra ao longo de 10 picossegundos. As linhas representam o caminho do átomo à medida que se move ao longo do tempo. O modelo é baseado em um algoritmo de IA responsável por dezenas de milhares de átomos. Um picossegundo é um trilionésimo de segundo. Crédito: Zhang et al.
Métodos e descobertas
É impossível para os cientistas obter amostras diretas do núcleo interno da Terra devido às suas temperaturas e pressões extremamente altas. Então, Lin e colaboradores recriaram-no em miniatura no laboratório, pegando uma pequena placa de ferro e disparando um projétil em movimento rápido. Os dados de temperatura, pressão e velocidade coletados durante o experimento foram então colocados em um modelo de computador de aprendizado de máquina de átomos no núcleo interno.
Os cientistas pensam que os átomos de ferro no núcleo interno estão dispostos numa configuração hexagonal repetida. De acordo com Lin, a maioria dos modelos de computador que retratam a dinâmica da rede do ferro no núcleo interno mostram apenas um pequeno número de átomos – geralmente menos de cem. Mas, utilizando um algoritmo de IA, os investigadores conseguiram reforçar significativamente o ambiente atómico, criando uma “supercélula” de cerca de 30.000 átomos para prever de forma mais fiável as propriedades do ferro.
Nesta escala de supercélula, os cientistas observaram grupos de átomos movendo-se, mudando de lugar enquanto mantinham a estrutura hexagonal geral.
O co-autor principal Jung-Fu “Afu” Lin segura um modelo de átomos de ferro dispostos na estrutura hexagonal que se acredita ocorrer no núcleo interno da Terra. Crédito: Jung-Fu Lin / Escola de Geociências UT Jackson
Movimento Atômico Explica Medições Sísmicas
Os pesquisadores disseram que o movimento atômico poderia explicar por que as medições sísmicas do núcleo interno mostram um ambiente que é muito mais suave e maleável do que seria esperado sob tais pressões, disse o coautor principal Youjun Zhang, professor da Universidade de Sichuan.
“Os sismólogos descobriram que o centro da Terra, chamado núcleo interno, é surpreendentemente macio, mais ou menos como a manteiga é macia na sua cozinha”, disse ele. “A grande descoberta que descobrimos é que o ferro sólido torna-se surpreendentemente macio nas profundezas da Terra porque os seus átomos podem mover-se muito mais do que alguma vez imaginámos. Este movimento aumentado torna o núcleo interno menos rígido e mais fraco contra forças de cisalhamento.”
Os pesquisadores disseram que a busca por uma resposta para explicar as propriedades físicas “surpreendentemente suaves” refletidas nos dados sísmicos foi o que motivou a sua pesquisa.
Papel na energia do geodínamo da Terra
Cerca de metade da energia do geodínamo que gera o campo magnético da Terra pode ser atribuída ao núcleo interno, segundo os pesquisadores, sendo o núcleo externo o restante. A nova visão sobre a atividade do núcleo interno em escala atômica pode ajudar a informar pesquisas futuras sobre como a energia e o calor são gerados no núcleo interno, como se relacionam com a dinâmica do núcleo externo e como eles trabalham juntos para gerar o campo magnético do planeta. esse é um ingrediente chave para um planeta habitável.
O estudo foi financiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China e pelo Programa de Geofísica da Fundação Nacional de Ciências.
