O núcleo interno da Terra é um mistério total – eis como estamos começando a resolvê-lo

Bem abaixo dos nossos pés, a uma profundidade impressionante de mais de 5.100 km, fica o núcleo interno da Terra — uma bola sólida de ferro e níquel que desempenha um papel crucial na formação das condições que vivenciamos na superfície. Na verdade, sem ela, seria improvável que existíssemos.

Mas, apesar de sua significância, é um pouco um quebra-cabeça como ele se formou e se desenvolveu. Nem sabemos quantos anos ele tem. Felizmente, a física mineral está nos aproximando da solução do mistério.

O núcleo interno é responsável pelo campo magnético da Terra, que age como um escudo, protegendo-nos da radiação solar prejudicial. Este campo magnético pode ter sido importante para criar as condições que permitiram que a vida prosperasse bilhões de anos atrás.

O núcleo interno da Terra já foi líquido, mas se tornou sólido com o tempo. À medida que a Terra esfria gradualmente, o núcleo interno se expande para fora e o líquido rico em ferro ao redor “congela”. Dito isso, ele ainda é extremamente quente, pelo menos 5.000 Kelvin (K) (4726,85°C).

Esse processo de congelamento libera elementos, como oxigênio e carbono, que não são compatíveis com estar em um sólido quente. Ele cria um líquido quente e flutuante no fundo do núcleo externo. O líquido sobe para o núcleo externo líquido e se mistura com ele, o que cria correntes elétricas (por meio da “ação do dínamo”), que gera nosso campo magnético.

Já se perguntou o que mantém as luzes do norte dançando no céu? Você pode agradecer ao núcleo interno.

Cristalização críptica

Para entender como o campo magnético da Terra evoluiu ao longo de sua história, os geofísicos usam modelos que simulam o estado térmico do núcleo e do manto.

Esses modelos nos ajudam a entender como o calor é distribuído e transferido dentro da Terra. Eles assumem que o núcleo interno sólido apareceu pela primeira vez quando o líquido esfriou até seu ponto de fusão, tomando isso como o momento em que ele começou a congelar. O problema é que isso não reflete com precisão o processo de congelamento.

Os cientistas, portanto, exploraram o processo de “superresfriamento”. Superresfriamento é quando um líquido é resfriado abaixo do seu ponto de congelamento sem se tornar um sólido. Isso acontece com a água na atmosfera, às vezes atingindo -30°C antes de formar granizo, e também com o ferro no núcleo da Terra.

Cálculos sugerem que até 1.000K de super-resfriamento são realmente necessários para congelar ferro puro no núcleo da Terra. Dado que a condutividade do núcleo implica que ele esfria a uma taxa de 100-200K por bilhão de anos, isso representa um desafio significativo. Esse nível de super-resfriamento implica que o núcleo precisaria estar abaixo de seu ponto de fusão durante toda a sua história (1.000 a 500 milhões de anos), o que apresenta complicações adicionais.

Como não podemos acessar fisicamente o núcleo — os humanos perfuraram apenas 12 km na Terra — confiamos quase inteiramente na sismologia para entender o interior do nosso planeta. O núcleo interno foi descoberto em 1936, e seu tamanho (cerca de 20% do raio da Terra) é uma das propriedades mais bem limitadas da Terra profunda. Usamos essas informações para estimar a temperatura do núcleo, assumindo que o limite entre sólido e líquido representa a intersecção do ponto de fusão e da temperatura do núcleo.

Essa suposição também nos ajuda a estimar a extensão máxima do super-resfriamento que poderia ter ocorrido antes que o núcleo interno começasse a se formar a partir de um núcleo interno e externo combinados. Se o núcleo congelou relativamente recentemente, o estado térmico atual no limite núcleo interno-núcleo externo indica o quanto o núcleo combinado pode ter estado abaixo do seu ponto de fusão quando o núcleo interno começou a congelar. Isso sugere que, no máximo, o núcleo poderia ter sido super-resfriado em cerca de 400 K.

Isso é pelo menos o dobro do que a sismologia permite. Se o núcleo foi super-resfriado em 1.000 K antes do congelamento, o núcleo interno deveria ser muito maior do que o observado. Alternativamente, se 1.000 K é necessário para o congelamento e nunca foi alcançado, o núcleo interno não deveria existir. Claramente, nenhum cenário é preciso, então qual poderia ser a explicação?

Físicos minerais testaram ferro puro e outras misturas para determinar quanto super-resfriamento é necessário para iniciar a formação do núcleo interno. Embora esses estudos ainda não tenham fornecido uma resposta definitiva, há avanços promissores.

Por exemplo, aprendemos que estruturas cristalinas inesperadas e a presença de carbono podem afetar o super-resfriamento. Essas descobertas sugerem que certa química ou estrutura que não havia sido considerada anteriormente pode não exigir um super-resfriamento tão irracionalmente grande. Se o núcleo pudesse congelar a menos de 400 K de super-resfriamento, isso pode explicar a presença do núcleo interno como o vemos hoje.

As implicações de não entender a formação do núcleo interno são de longo alcance. Estimativas anteriores da idade do núcleo interno variam de 500 a 1.000 milhões de anos. Mas elas não levam em conta o problema do super-resfriamento. Mesmo um modesto super-resfriamento de 100K pode significar que o núcleo interno é várias centenas de milhões de anos mais jovem do que se pensava anteriormente.

Entender a assinatura da formação do núcleo interno no registro de rochas paleomagnéticas — um arquivo do campo magnético da Terra — é crucial para aqueles que estudam o impacto da radiação solar em extinções em massa.

Até que entendamos melhor a história do campo magnético, não poderemos determinar completamente seu papel no surgimento de condições habitáveis ​​e de vida.