Em algum ponto da história de 4,5 bilhões de anos da Terra, seu núcleo de ferro totalmente líquido resfriou o suficiente para formar uma esfera sólida no centro. Hoje, o núcleo do nosso planeta consiste em um núcleo interno de ferro sólido cercado por um núcleo externo de ferro derretido, mas determinar exatamente quando essa mudança ocorreu é bastante difícil.
As estimativas variam de 4,5 bilhões de anos atrás – a idade da própria Terra – a 565 milhões de anos atrás; agora, um novo estudo finalmente reduziu. De acordo com dados obtidos em experimentos de laboratório que criam condições próximas às do núcleo planetário, a idade do núcleo interno deve estar entre 1 bilhão e 1,3 bilhão de anos.
Por sua vez, isso nos ajuda a reduzir a idade do geodinamo, que alimenta o campo magnético ao redor da Terra. Este campo magnético contribui para as condições favoráveis à vida como a conhecemos, protegendo a atmosfera do planeta de ser soprada pelo vento solar.
Portanto, não será nenhuma surpresa que os cientistas estejam profundamente interessados em como ele veio a existir e como é mantido.
“As pessoas estão realmente curiosas e entusiasmadas em saber sobre a origem do geodinamo, a força do campo magnético, porque todos eles contribuem para a habitabilidade de um planeta”, disse o geocientista Jung-Fu Lin, da Universidade do Texas em Austin.
O geodinamo é criado pela circulação de ferro condutor no núcleo externo, impulsionado por convecção que é alimentado por dois mecanismos.
Em primeiro lugar, existe a convecção térmica, gerada por flutuações de temperatura; isso pode ocorrer em um núcleo totalmente líquido. Em segundo lugar, há a convecção composicional, na qual os elementos mais leves liberados no limite do núcleo interno se elevam através do núcleo externo líquido, criando movimento.
Em ambos os casos, esse líquido condutor cria correntes elétricas que carregam o núcleo, essencialmente transformando-o em um eletroímã gigante. Et voila! Um campo magnético. Atualmente, os dois tipos de convecção estão presentes no núcleo da Terra, contribuindo igualmente para o geodinamo.
Mas antes que o núcleo sólido se cristalizasse, apenas a convecção térmica era possível no núcleo da Terra. Isso é capaz de gerar o geodinâmico, mas para mantê-lo por bilhões de anos, como é necessário para as estimativas mais recentes da idade do núcleo interno, o ferro teria que ser extremamente quente – irrealista.
Para conduzir e manter essas temperaturas, a condutividade térmica do ferro – como, por exemplo, a capacidade de conduzir calor com eficiência – precisa ser alta. Portanto, a equipe decidiu examinar a condutividade térmica do ferro sob pressão e em temperaturas próximas às do núcleo.
Para fazer isso, eles pegaram uma amostra de ferro, explodiram com lasers para aquecê-la e a esmagaram em uma bigorna de diamante. Demorou muito mais para fazer do que para descrever: muitas tentativas em dois anos. Finalmente, no entanto, a equipe conseguiu medir a condutividade elétrica e térmica da amostra sob 170 gigapascals de pressão (que é 170 milhões de vezes a pressão atmosférica ao nível do mar) e temperaturas de 3.000 Kelvin, ou 2726,85 graus Celsius.
As pressões no núcleo externo variam de 135 a 330 gigapascais do limite externo até o limite do núcleo interno, enquanto as temperaturas variam de 4.000 a 5.000 Kelvin, 3726,85 a 4726,85 graus Celsius, respectivamente. Acredita-se que o núcleo interno alcance mais de 6.000 Kelvin (mas o ferro se solidifica sob a pressão intensa).
Quando a equipe mediu a condutividade na amostra, eles descobriram que era 30 a 50 por cento menor do que o que seria necessário para a estimativa de idade de 565 milhões de anos para o núcleo interno. Conseqüentemente, os pesquisadores poderiam colocar um limite superior na condutividade térmica do ferro líquido sob as condições do núcleo – o que, por sua vez, coloca um limite superior na quantidade de calor que pode ser conduzida e retida.
Com tudo isso, eles puderam finalmente estimar a idade do núcleo interno da Terra.
“Uma vez que você realmente sabe quanto desse fluxo de calor do núcleo externo para o manto inferior, você pode realmente pensar sobre quando a Terra esfriou o suficiente a ponto de o núcleo interno começar a cristalizar”, disse Lin.
A linha do tempo da equipe, curiosamente, cai perfeitamente com uma mudança no campo magnético da Terra. O arranjo de materiais magnéticos em rochas datando de 1 a 1,5 bilhão de anos atrás mostra que houve um aumento na intensidade do campo magnético por volta dessa época – como seria de se esperar para a época em que o núcleo interno se cristalizou.
No entanto, um aumento semelhante também foi visto em 565 milhões de anos atrás. Se o núcleo interno se cristalizou antes, isso significa que tudo o que a Terra fez há 565 milhões de anos ainda é um mistério.
“Mais interrogatórios entre a física mineral, geodinâmica e paleomagnetismo são necessários para resolver esta discrepância”, escreveram os pesquisadores.
A pesquisa foi publicada na Physical Review Letters.
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