Embora seja mais quente do que a superfície do Sol, o núcleo de ferro cristalizado da Terra permanece sólido. Um novo estudo do KTH Royal Institute of Technology, na Suécia, pode finalmente resolver um antigo debate sobre como isso é possível, e também por que as ondas sísmicas viajam em velocidades mais altas entre os pólos do planeta do que através do equador.

Girando dentro do núcleo derretido da Terra está uma bola de cristal - na verdade, uma formação em massa de ferro cristalizado quase puro - quase do tamanho da lua. Compreendendo isso estranho, Uma característica inobservável de nosso planeta depende do conhecimento da estrutura atômica desses cristais - algo que os cientistas vêm tentando fazer há anos.

Como com todos os metais, as estruturas de cristal em escala atômica do ferro mudam dependendo da temperatura e pressão a que o metal é exposto. Os átomos são compactados em variações de cúbico, bem como formações hexagonais. Em temperatura ambiente e pressão atmosférica normal, o ferro está no que é conhecido como fase cúbica centrada no corpo (BCC), que é uma arquitetura de cristal com oito pontos de canto e um ponto central. Mas em pressão extremamente alta, as estruturas cristalinas se transformam em formas hexagonais de 12 pontos, ou uma fase compactada (HCP).

No núcleo da Terra, onde a pressão é 3,5 milhões de vezes maior do que a pressão superficial - e as temperaturas são cerca de 6, 000 graus mais alto - os cientistas propuseram que a arquitetura atômica do ferro deve ser hexagonal. Se o ferro BCC existe no centro da Terra tem sido debatido nos últimos 30 anos, e um estudo recente de 2014 descartou isso, argumentando que o BCC seria instável sob tais condições.

Contudo, em um estudo recente publicado em Geociências da Natureza , pesquisadores do KTH descobriram que o ferro no núcleo da Terra está de fato na fase BCC. Anatoly Belonoshko, um pesquisador do Departamento de Física da KTH, diz que quando os pesquisadores analisaram amostras computacionais de ferro maiores do que as estudadas anteriormente, As características do ferro BCC que se pensava torná-lo instável acabaram fazendo exatamente o oposto.

"Sob condições no núcleo da Terra, O ferro BCC exibe um padrão de difusão atômica nunca antes observado, "Belonoshko diz.

Belonoshko diz que os dados também mostram que o ferro puro provavelmente é responsável por 96 por cento da composição do núcleo interno, junto com níquel e possivelmente elementos leves.

Suas conclusões são tiradas de simulações de computador laboriosas realizadas usando Triolith, um dos maiores supercomputadores suecos. Essas simulações permitiram que eles reinterpretassem as observações coletadas três anos atrás no Laboratório Nacional Livermore Lawrence, na Califórnia. "Parece que os dados experimentais que confirmam a estabilidade do ferro BCC no núcleo estavam à nossa frente - só não sabíamos o que isso realmente significava, " ele diz.

Em baixa temperatura, o BCC é instável e os planos cristalinos escorregam para fora da estrutura ideal de BCC. Mas em altas temperaturas, a estabilização dessas estruturas começa como um jogo de cartas - com o embaralhamento de um "baralho". Belonoshko diz que no calor extremo do núcleo, os átomos não pertencem mais aos planos por causa da alta amplitude do movimento atômico.

"O deslizamento desses aviões é um pouco como embaralhar um baralho de cartas, "ele explica." Mesmo que as cartas sejam colocadas em posições diferentes, o baralho ainda é um baralho. Da mesma forma, o ferro BCC mantém sua estrutura cúbica. "

Esse embaralhamento leva a um enorme aumento na distribuição de moléculas e energia - o que leva ao aumento da entropia, ou a distribuição dos estados de energia. Este, por sua vez, torna o BCC estável.

Normalmente, a difusão destrói as estruturas cristalinas, transformando-as em líquidos. Nesse caso, a difusão permite que o ferro preserve a estrutura do BCC. “A fase BCC segue o lema:'O que não me mata me fortalece', "Belonoshko diz." A instabilidade mata a fase BCC em baixa temperatura, mas torna a fase BCC estável em alta temperatura. "

Ele diz que esta difusão também explica porque o núcleo da Terra é anisotrópico - isto é, ele tem uma textura que é direcional - como o veio da madeira. A anisotropia explica por que as ondas sísmicas viajam mais rápido entre os pólos da Terra, do que através do equador.

"As características únicas da fase Fe BCC, como autodifusão em alta temperatura, mesmo em um ferro sólido puro, pode ser responsável pela formação de estruturas anisotrópicas em grande escala necessárias para explicar a anisotropia do núcleo interno da Terra, "ele diz." A difusão permite fácil texturização do ferro em resposta a qualquer estresse. "

A previsão abre o caminho para a compreensão do interior da Terra e, eventualmente, para prever o futuro da Terra, Belonoshko diz. "O objetivo final das Ciências da Terra é entender o passado, presente e futuro da Terra - e nossa previsão nos permite fazer exatamente isso. "