O núcleo da Terra consiste principalmente de uma enorme bola de metal líquido situada a 3.000 km abaixo de sua superfície, rodeado por um manto de rocha quente. Notavelmente, em profundidades tão grandes, tanto o núcleo quanto o manto estão sujeitos a pressões e temperaturas extremamente altas. Além disso, a pesquisa indica que o fluxo lento de rastejamento de rochas flutuantes quentes - movendo-se vários centímetros por ano - transporta o calor do núcleo para a superfície, resultando em um resfriamento muito gradual do núcleo ao longo do tempo geológico. Contudo, o grau de resfriamento do núcleo da Terra desde sua formação é uma área de intenso debate entre os cientistas da Terra.

Em 2013, Kei Hirose, agora Diretor do Earth-Life Science Institute (ELSI) no Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), relataram que o núcleo da Terra pode ter esfriado em até 1000 ° C desde sua formação, 4,5 bilhões de anos atrás. Esta grande quantidade de resfriamento seria necessária para sustentar o campo geomagnético, a menos que houvesse outra fonte de energia ainda não descoberta. Esses resultados foram uma grande surpresa para a comunidade profunda da Terra, e criou o que Peter Olson da Universidade Johns Hopkins se referiu como, "o novo paradoxo do calor do núcleo", em um artigo publicado na Science.

O resfriamento do núcleo e as fontes de energia para o campo geomagnético não foram os únicos problemas difíceis enfrentados pela equipe. Outra questão não resolvida era a incerteza sobre a composição química do núcleo. "O núcleo é principalmente ferro e algum níquel, mas também contém cerca de 10% de ligas leves, como silício, oxigênio, enxofre, carbono, hidrogênio, e outros compostos, "Hirose, autor principal do novo estudo a ser publicado na revista Natureza . “Achamos que muitas ligas estão presentes simultaneamente, mas não sabemos a proporção de cada elemento candidato. "

Agora, nesta última pesquisa realizada no laboratório de Hirose na ELSI, os cientistas usaram diamantes lapidados com precisão para espremer pequenas amostras do tamanho de poeira às mesmas pressões que existem no núcleo da Terra (Fig. 1). As altas temperaturas no interior da Terra foram criadas pelo aquecimento de amostras com um feixe de laser. Ao realizar experimentos com uma gama de composições de ligas prováveis ​​sob uma variedade de condições, Hirose e seus colegas estão tentando identificar o comportamento único de diferentes combinações de ligas que correspondem ao ambiente distinto que existe no núcleo da Terra.

A pesquisa de ligas começou a render resultados úteis quando Hirose e seus colaboradores começaram a misturar mais de uma liga. "No passado, a maioria das pesquisas sobre ligas de ferro no núcleo concentrou-se apenas no ferro e em uma única liga, "diz Hirose." Mas, nesses experimentos, decidimos combinar duas ligas diferentes contendo silício e oxigênio, que acreditamos fortemente que existe no núcleo. "

Os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que, quando examinaram as amostras em um microscópio eletrônico, as pequenas quantidades de silício e oxigênio na amostra inicial combinaram-se para formar cristais de dióxido de silício (Fig. 2) - a mesma composição do quartzo mineral encontrado na superfície da Terra.

“Este resultado revelou-se importante para a compreensão da energética e evolução do núcleo, "diz John Hernlund da ELSI, um co-autor do estudo. "Ficamos entusiasmados porque nossos cálculos mostraram que a cristalização de cristais de dióxido de silício do núcleo poderia fornecer uma nova e imensa fonte de energia para alimentar o campo magnético da Terra." O impulso adicional que ele fornece é suficiente para resolver o paradoxo de Olson.

A equipe também explorou as implicações desses resultados para a formação da Terra e as condições no início do Sistema Solar. A cristalização altera a composição do núcleo removendo o silício e o oxigênio dissolvidos gradualmente ao longo do tempo. Eventualmente, o processo de cristalização irá parar quando o núcleo ficar sem seu antigo estoque de silício ou oxigênio.

"Mesmo se você tiver silicone presente, você não pode fazer cristais de dióxido de silício sem também ter algum oxigênio disponível ", disse o cientista George Helffrich da ELSI, que modelou o processo de cristalização para este estudo. "Mas isso nos dá pistas sobre a concentração original de oxigênio e silício no núcleo, porque apenas algumas relações silício:oxigênio são compatíveis com este modelo. "