Ao aplicar novos dados e os supercomputadores de Princeton à clássica questão do que está sob nossos pés, A sismóloga de Princeton, Jessica Irving, e uma equipe internacional de colegas desenvolveram um novo modelo para o núcleo externo da Terra, uma região de ferro líquido nas profundezas da Terra.

O núcleo externo está batendo constantemente, sustentando o campo magnético do planeta e fornecendo calor ao manto. "Compreender o núcleo externo é crucial para compreender a história do campo magnético, "disse Irving, professor assistente de geociências. O trabalho de sua equipe aparece hoje no jornal Avanços da Ciência .

"O modelo que produzimos, EPOC - Parâmetros elásticos do núcleo externo - será o modelo de fundo, a única coisa que está por trás de tudo o mais, "disse Irving. Os pesquisadores descrevem o EPOC como uma atualização do núcleo externo do Modelo de Referência Preliminar da Terra (PREM) existente, um modelo de como as propriedades fundamentais da Terra variam com a profundidade, que foi desenvolvido há quase 40 anos.

Os principais dados da pesquisa vieram de "modos normais, "que são ondas estacionárias que podem ser medidas após os maiores terremotos, normalmente magnitude 7,5 ou superior. Ao contrário das ondas do corpo e das ondas de superfície que a maioria dos sismólogos estuda, modos normais são "a vibração de toda a Terra de uma vez, o que é uma coisa incrível de se pensar, "Irving disse." Poderíamos dizer que a Terra 'toca como um sino, 'em frequências características. "

O novo modelo, EPOC, foi imaginado pela primeira vez em um workshop de ciências de verão de quatro semanas, onde Irving foi alojado com seus colegas sismólogos Sanne Cottaar, na Universidade de Cambridge, e Vedran Leki ?, na Universidade de Maryland-College Park.

"PREM é um venerável, muito simples, modelo bem conceituado, mas não pode representar nenhuma estrutura de pequena escala, "Irving disse." Nós pensamos, 'Podemos fazer um modelo simples, com ainda menos parâmetros do que PREM, isso faz o trabalho tão bem? ' Descobrimos que poderíamos fazer um modelo que fizesse o trabalho muito melhor. "

Para um, EPOC reduz a necessidade de uma "pequena camada complicada" no limite entre o núcleo e o manto, ela disse. Pesquisadores nas últimas décadas encontraram discrepâncias entre a velocidade de onda corporal prevista pelo PREM e os dados que estavam encontrando, especialmente no topo do núcleo, e alguns argumentaram que deve haver uma camada anormalmente lenta escondida ali. Eles debateram quão espesso deveria ser - as estimativas variam de 50 a 300 milhas - e exatamente do que deveria ser composto.

O modelo de sua equipe não oferece mais detalhes do que PREM, Irving disse, "mas sugerimos que, como o EPOC se ajusta melhor aos dados, talvez você não precise dessa pequena camada. "E, além disso, ele fornece informações sobre as propriedades do material do núcleo externo.

O núcleo externo é de vital importância para a história térmica do planeta e seu campo magnético, disse Irving, mas "não é tangível. Não podemos mostrar uma pedra do núcleo externo. Mas, ao mesmo tempo, é uma seção tão grande do nosso planeta. O núcleo contém cerca de 30% da massa do planeta. A crosta é insignificante em comparação. Há tanto que não entendemos sobre as profundezas da terra - e essas nem mesmo são propriedades complicadas. Estamos apenas procurando as propriedades em massa que variam muito lentamente. "

Para criar seu modelo, Irving e outros sismólogos juntaram suas habilidades. Cottaar tinha experiência com equações de estado - a física explicando as conexões entre a temperatura, pressão, volume e outras características fundamentais - e Leki? era fluente em técnicas Bayesianas, uma abordagem probabilística que ajudou a equipe a filtrar incontáveis ​​modelos possíveis e encontrar os mais prováveis. E por causa de sua experiência com sismologia de modo normal, Irving sabia como trabalhar com o conjunto de dados recém-atualizado.

"Então, nós três éramos sismólogos com diferentes conjuntos de habilidades especializadas, e gostávamos de tomar café no café da manhã juntos, "Irving disse." É muito divertido fazer ciência com amigos. "

Os pesquisadores alimentaram as equações de estado no cluster do supercomputador Tiger de Princeton para gerar milhões de modelos possíveis do núcleo externo. "A cada seis segundos, criamos um novo modelo, "Irving disse." Alguns nós rejeitamos porque eles pareciam errados. Temos testes científicos para 'errado, 'para modelos que dizem coisas como, 'A massa da Terra deve ser o dobro do que pensamos que é.' "

A equipe então pegou o melhor dos modelos e os usou para prever quais frequências a Terra inteira iria tremer após um grande terremoto. Os pesquisadores compararam as frequências medidas dos modos normais com as previsões de seus modelos até encontrarem seu modelo preferido.

Ao ensinar sobre os modos normais, Irving usa a metáfora de dois sinos, um de latão e outro de aço, ambos pintados de branco. "Se você acertar aqueles sinos, você obterá notas diferentes deles, e isso dirá que você tem materiais diferentes lá, "disse ela." As frequências exatas - a altura exata em que a Terra balança após esses terremotos muito grandes - dependem das propriedades materiais da Terra. Assim como não podemos ver através da tinta dos sinos, não podemos ver através do planeta, mas podemos ouvir o tom, as frequências dessas observações de toda a Terra, e usá-los para fazer inferências sobre o que está acontecendo nas profundezas da Terra. "