Como sabemos o que está na Terras core

Humans têm estado por toda a Terra. Conquistamos as terras, voámos pelo ar e mergulhámos nas trincheiras mais profundas do oceano. Até já estivemos na Lua. Mas nunca estivemos no núcleo do planeta.

Nem sequer chegámos perto. O ponto central da Terra está mais de 6.000 km abaixo, e mesmo a parte mais exterior do núcleo está quase 3.000 km abaixo dos nossos pés. O buraco mais profundo que já criámos na superfície é o Kola Superdeep Borehole na Rússia, e só desce 12,3 km.

Todos os acontecimentos familiares na Terra acontecem também perto da superfície. A lava que vomita dos vulcões derrete primeiro apenas algumas centenas de quilómetros abaixo. Mesmo os diamantes, que precisam de calor e pressão extremos para se formarem, têm origem em rochas com menos de 500 km de profundidade.

O que está abaixo de tudo o que está envolto em mistério. Parece insondável. E ainda assim, sabemos uma quantidade surpreendente sobre o núcleo. Temos até uma ideia de como se formou há milhares de milhões de anos – tudo sem uma única amostra física. Foi assim que o núcleo foi revelado.

Uma boa maneira de começar é pensar na massa da Terra, diz Simon Redfern, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido.

A maior parte da massa da Terra deve estar localizada em direcção ao centro do planeta

Podemos estimar a massa da Terra observando o efeito da gravidade do planeta sobre os objectos à superfície. Acontece que a massa da Terra é de 5,9 sextilhões de toneladas: são 59 seguidas por 20 zeros.

Não há sinal de nada tão maciço à superfície.

“A densidade do material à superfície da Terra é muito inferior à densidade média de toda a Terra, o que nos diz que há algo muito mais denso”, diz Redfern. “Esta é a primeira coisa”

Essencialmente, a maior parte da massa da Terra deve estar localizada em direcção ao centro do planeta. O passo seguinte é perguntar que materiais pesados constituem o núcleo.

A resposta aqui é que é quase de certeza feito principalmente de ferro. Pensa-se que o núcleo é cerca de 80% de ferro, embora o número exacto esteja para debate.

Um núcleo de ferro seria responsável por toda essa massa em falta

A principal prova disso é a enorme quantidade de ferro no universo que nos rodeia. É um dos dez elementos mais comuns na nossa galáxia, e é frequentemente encontrado em meteoritos.

Dado o quanto há dele, o ferro é muito menos comum na superfície da Terra do que poderíamos esperar. Assim, a teoria é que quando a Terra se formou há 4,5 mil milhões de anos atrás, muito ferro trabalhou até ao núcleo.

É aí que se encontra a maior parte da massa, e é onde a maior parte do ferro também deve estar. O ferro é um elemento relativamente denso em condições normais, e sob a pressão extrema no núcleo da Terra seria esmagado a uma densidade ainda maior, pelo que um núcleo de ferro seria responsável por toda essa massa em falta.

Mas espere um minuto. Como é que o ferro foi lá abaixo em primeiro lugar?

O ferro deve ter de alguma forma gravitado – literalmente – em direcção ao centro da Terra. Mas não é imediatamente óbvio como.

A maior parte do resto da Terra é constituída por rochas chamadas silicatos, e o ferro derretido luta para viajar através delas. Mais ou menos como a água numa superfície oleosa forma gotículas, o ferro agarra-se a si próprio em pequenos reservatórios, recusando-se a espalhar-se e a fluir.

A pressão altera de facto as propriedades de como o ferro interage com o silicato

Uma possível solução foi descoberta em 2013 por Wendy Mao da Universidade de Stanford na Califórnia e os seus colegas. Eles perguntaram-se o que aconteceu quando o ferro e o silicato foram ambos expostos a pressão extrema, como acontece nas profundezas da terra.

Ao beliscar ambas as substâncias de forma extremamente apertada usando diamantes, eles foram capazes de forçar o ferro fundido através do silicato.

“A pressão muda de facto as propriedades de como o ferro interage com o silicato”, diz Mao. “A pressões mais elevadas forma-se uma ‘rede de fusão'”

Isto sugere que o ferro foi gradualmente espremido através das rochas da Terra ao longo de milhões de anos, até atingir o núcleo.

Neste ponto pode estar a perguntar-se como sabemos o tamanho do núcleo. O que leva os cientistas a pensar que ele começa a descer 3000 km? Há uma resposta de uma palavra: sismologia.

Todas as estações sísmicas espalhadas por toda a Terra registaram a chegada dos tremores

Quando ocorre um terramoto, este envia ondas de choque por todo o planeta. Os sismólogos registam estas vibrações. É como se atingíssemos um lado do planeta com um martelo gigantesco, e ouvíssemos do outro lado o barulho.

“Houve um terramoto chileno nos anos 60 que gerou uma enorme quantidade de dados”, diz Redfern. “Todas as estações sísmicas espalhadas por toda a Terra registaram a chegada dos tremores daquele terramoto”

Dependente do percurso que essas vibrações tomam, elas passam por diferentes pedaços da Terra, e isto afecta a forma como “soam” no outro extremo.

No início da história da sismologia, percebeu-se que algumas vibrações estavam a desaparecer. Esperava-se que estas “ondas S” aparecessem de um lado da Terra depois de se originarem do outro, mas não havia sinal delas.

Verificou-se que as rochas se tornaram líquidas cerca de 3000 km abaixo

A razão para isto era simples. As ondas S só podem reverberar através de material sólido, e não podem fazê-lo através de líquido.

Devem ter-se deparado com algo fundido no centro da Terra. Ao mapear os caminhos das ondas S, verificou-se que as rochas se tornaram líquidas cerca de 3000 km abaixo.

Isso sugeriu que o núcleo inteiro foi fundido. Mas a sismologia tinha outra surpresa reservada.

Nos anos 30, um sismólogo dinamarquês chamado Inge Lehmann reparou que outro tipo de ondas, chamadas ondas P, viajavam inesperadamente através do núcleo e podiam ser detectadas do outro lado do planeta.

As ondas P viajavam realmente através do núcleo

Ela veio com uma explicação surpreendente: o núcleo está dividido em duas camadas. O núcleo “interior”, que começa cerca de 5.000 km abaixo, era na realidade sólido. Foi apenas o núcleo “exterior” acima dele que foi fundido.

A ideia de Lehmann acabou por ser confirmada em 1970, quando sismógrafos mais sensíveis descobriram que as ondas P estavam realmente a viajar através do núcleo e, em alguns casos, a ser desviadas para fora dele em ângulos. Com certeza, acabaram ainda no outro lado do planeta.

Não foram apenas os sismos que enviaram ondas de choque úteis através da Terra. De facto, a sismologia deve muito do seu sucesso ao desenvolvimento de armas nucleares.

Uma detonação nuclear também cria ondas no solo, pelo que as nações usam a sismologia para ouvir os testes de armas. Durante a Guerra Fria isto foi visto como extremamente importante, por isso sismólogos como Lehmann receberam muito incentivo.

Isto revela-se bastante complicado para determinar

Países rivais descobriram as capacidades nucleares uns dos outros e pelo caminho aprendemos cada vez mais sobre o núcleo da Terra. A sismologia ainda hoje é utilizada para detectar detonações nucleares.

P>Agora podemos traçar uma imagem aproximada da estrutura da Terra. Há um núcleo exterior fundido, que começa aproximadamente a meio caminho do centro do planeta, e dentro dele está o núcleo interior sólido com um diâmetro de 1.220 km.

Mas há muito mais para tentar provocar, especialmente sobre o núcleo interior. Para começar, quão quente é?

Isto acaba por ser bastante complicado de determinar, e os cientistas desconcertados até muito recentemente, diz Lidunka Vočadlo do University College London no Reino Unido. Não podemos colocar lá um termómetro, por isso a única solução é criar a pressão de esmagamento correcta no laboratório.

p> O núcleo da Terra manteve-se quente graças ao calor retido da formação do planeta

Em 2013 uma equipa de investigadores franceses produziu a melhor estimativa até à data. Eles submeteram o ferro puro a pressões um pouco mais de metade do que no núcleo, e extrapolaram a partir daí. Concluíram que o ponto de fusão do ferro puro à temperatura do núcleo é de cerca de 6.230 °C. A presença de outros materiais faria baixar um pouco o ponto de fusão do núcleo, para cerca de 6.000 °C. Mas isso ainda é tão quente como a superfície do Sol.

Um pouco como uma batata tostada, o núcleo da Terra permaneceu quente graças ao calor retido da formação do planeta. Também recebe calor da fricção à medida que os materiais mais densos se deslocam, bem como da decomposição dos elementos radioactivos. Ainda assim, arrefece cerca de 100 °C a cada bilião de anos.

A temperatura é útil, porque afecta a velocidade a que as vibrações viajam através do núcleo. Isto é útil, porque há algo de estranho nas vibrações.

Ondas de P viajam inesperadamente devagar à medida que atravessam o núcleo interior – mais devagar do que fariam se fosse feito de ferro puro.

É um problema de Cinderela: nenhum sapato caberá bem

“Velocidades de onda que os sismólogos medem em terramotos e que não são significativamente inferiores a qualquer coisa que medimos numa experiência ou calculamos num computador”, diz Vočadlo. “Ainda ninguém sabe porquê””

Isso sugere que há outro material na mistura.

Pode muito bem ser outro metal, chamado níquel. Mas os cientistas estimaram como as ondas sísmicas viajariam através de uma liga de ferro-níquel, e também não se encaixa bem nas leituras.

Vočadlo e os seus colegas estão agora a considerar se poderá haver outros elementos lá em baixo também, como o enxofre e o silício. Até agora, ninguém foi capaz de inventar uma teoria para a composição do núcleo interior que satisfaça toda a gente. É um problema de Cinderela: nenhum sapato caberá bem.

Isso poderia explicar porque é que as ondas sísmicas passam mais lentamente do que o esperado

Vočadlo está a tentar simular os materiais do núcleo interior num computador. Ela espera encontrar uma combinação de materiais, temperaturas e pressões que abrandariam as ondas sísmicas na quantidade certa.

Ela diz que o segredo pode estar no facto de o núcleo interior estar quase no seu ponto de fusão. Como resultado, as propriedades precisas dos materiais poderiam ser diferentes das que seriam se fossem sólidos.

Isso poderia explicar porque é que as ondas sísmicas passam mais lentamente do que o esperado.

“Se esse for o efeito real, seríamos capazes de conciliar os resultados da física mineral com os resultados sismológicos”, diz Vocadlo. “As pessoas ainda não foram capazes de o fazer”.

Há muitos enigmas sobre o núcleo da terra ainda por resolver. Mas sem nunca cavar até essas profundezas impossíveis, os cientistas descobriram muito sobre o que está a acontecer a milhares de quilómetros abaixo de nós.

O campo magnético ajuda a proteger-nos da radiação solar nociva

Os processos ocultos nas profundezas da Terra são cruciais para a nossa vida quotidiana, de uma forma que muitos de nós não percebemos.

A Terra tem um poderoso campo magnético, e tudo isto graças ao núcleo parcialmente fundido. O movimento constante do ferro fundido cria uma corrente eléctrica no interior do planeta, e que por sua vez gera um campo magnético que chega longe no espaço.

O campo magnético ajuda a proteger-nos da radiação solar nociva. Se o núcleo da Terra não fosse como é, não haveria campo magnético, e teríamos todo o tipo de problemas para enfrentar.

Nenhum de nós alguma vez porá os olhos no núcleo, mas é bom saber que ele está lá.