GeoquímicaO núcleo da Terra está vazando, novo estudo revela

Descobertas sugerem que o núcleo da Terra tem vazado material nos últimos 2,5 bilhões de anos.
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O campo magnético da Terra protege e torna o nosso planeta habitável, bloqueando as partículas nocivas de alta energia do espaço, incluindo do Sol. A fonte deste campo magnético é o núcleo central do nosso planeta.

Mas o núcleo é muito difícil de estudar, em parte porque se inicia a uma profundidade de cerca de 2.900 quilômetros, tornando-o muito profundo para ser investigado diretamente.

Mesmo assim, fazemos parte de uma equipe de pesquisa que encontrou uma maneira de obter informações sobre o núcleo da Terra, com detalhes publicados recentemente em Geochemical Perspective Letters.

Está quente lá embaixo

O núcleo é a parte mais quente do nosso planeta com o exterior atingindo temperaturas de mais de 5.000℃. Isso deve afetar o manto sobrejacente e estima-se que 50% do calor vulcânico vem do núcleo.

As camadas da Terra, da crosta externa até o núcleo interno. Imagem: Shutterstock / VRVector

A atividade vulcânica é o principal mecanismo de resfriamento do planeta. Alguns vulcões, como o que ainda está formando ilhas vulcânicas do Havaí e da Islândia, podem estar ligados ao núcleo por plumas de manto que transferem calor do núcleo para a superfície da Terra.

No entanto, se existe alguma troca de material físico entre o núcleo e o manto tem sido objeto de debate durante décadas.

Nossas descobertas sugerem que algum material do núcleo se transfere para a base dessas plumas do manto, e o núcleo tem vazado esse material nos últimos 2,5 bilhões de anos.

Descobrimos isso olhando para variações muito pequenas na proporção de isótopos do elemento tungstênio (isótopos são basicamente versões do mesmo elemento que apenas contêm números diferentes de nêutrons).

Para estudar o núcleo da Terra, precisamos procurar por traçadores químicos de material de núcleo em rochas vulcânicas derivadas do manto profundo.

Sabemos que o núcleo tem uma química muito distinta, dominada por ferro e níquel, juntamente com elementos como tungstênio, platina e ouro que se dissolvem na liga ferro-níquel. Portanto, os elementos que amam a liga de metal são uma boa escolha para investigar vestígios do núcleo.

A busca por isótopos de tungstênio

Tungstênio (símbolo químico W) tem como elemento base 74 prótons. Tungstênio tem vários isótopos, incluindo 182W (com 108 nêutrons) e 184W (com 110 nêutrons).

Estes isótopos de tungstênio têm potencial para ser os traçadores mais conclusivos do material do núcleo, porque o manto é de se esperar que tenha relações 182W/184W muito mais elevadas do que o núcleo.

Isto é devido a um outro elemento, o háfnio (Hf), que não se dissolve em liga de ferro-níquel e é enriquecido no manto, e tinha um isótopo agora extinto (182Hf) que decaiu para 182W. Isto dá ao manto 182W extra em relação ao tungstênio no núcleo.

Mas a análise necessária para detectar variações em isótopos de tungstênio é incrivelmente desafiadora, como estamos olhando para variações na relação 182W/184W em partes por milhão e a concentração de tungstênio em rochas é tão baixa quanto dezenas de partes por bilhão. Menos de cinco laboratórios no mundo podem fazer este tipo de análise.

Evidência de um vazamento

Nosso estudo mostra uma mudança substancial na relação 182W/184W do manto sobre a vida útil da Terra. As rochas mais antigas da Terra têm 182W/184W significativamente mais elevados do que a maioria das rochas da Terra contemporânea.

A mudança na relação 182W/184W do manto indica que o tungstênio do núcleo foi vazando para o manto durante muito tempo.

Curiosamente, nas rochas vulcânicas mais antigas da Terra, ao longo de um período de 1,8 bilhões de anos não há nenhuma mudança significativa nos isótopos de tungstênio do manto. Isto indica que de 4,3 bilhões a 2,7 bilhões de anos atrás, pouco ou nenhum material do núcleo foi transferido para o manto superior.

Mas nos subsequentes 2,5 bilhões de anos, a composição do isótopo de tungstênio do manto mudou significativamente. Nós inferimos que uma mudança na tectônica de placas, no final do Eon Arqueano de cerca de 2,6 bilhões de anos atrás desencadeou grandes correntes convectivas no manto suficientes para mudar os isótopos de tungstênio de todas as rochas modernas.

Por que o vazamento?

Se as plumas do manto estão subindo do limite do núcleo-manto para a superfície, segue-se que o material da superfície da Terra também deve descer para o manto profundo.

Subducção, o termo usado para rochas da superfície da Terra descendo para o manto, leva material rico em oxigênio da superfície para o manto profundo como um componente integral da tectônica de placas.

Experiências mostram que o aumento da concentração de oxigênio no limite do núcleo-manto poderia fazer com que o tungstênio se separe do núcleo e de dentro do manto.

Alternativamente, a solidificação do núcleo interno também aumentaria a concentração de oxigênio do núcleo externo. Neste caso, nossos novos resultados poderiam nos dizer algo sobre a evolução do núcleo, incluindo a origem do campo magnético da Terra.

Imagem mostrando as diferenças nas proporções de isótopos de tungstênio entre o núcleo da Terra e o manto, e como o núcleo da Terra pode estar vazando material para as plumas do manto. Crédito: Neil Bennett

O núcleo da Terra começou como metal inteiramente líquido e tem vindo a arrefecer e a solidificar parcialmente ao longo do tempo. O campo magnético é gerado pelo giro do núcleo sólido interno. O tempo de cristalização do núcleo interno é uma das questões mais difíceis de responder nas ciências da Terra e planetárias.

Nosso estudo nos dá um localizador que pode ser usado para investigar a interação núcleo-manto e a mudança na dinâmica interna do nosso planeta, e que pode aumentar nossa compreensão de como e quando o campo magnético foi acionado.

Este artigo foi traduzido de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.