O campo magnético da Terra protege e torna nosso planeta habitável, interrompendo partículas nocivas de alta energia do espaço, incluindo do sol. A fonte deste campo magnético é o núcleo no centro do nosso planeta.

Mas o núcleo é muito difícil de estudar, em parte porque começa a uma profundidade de cerca de 2, 900 quilômetros, tornando-o muito profundo para amostrar e investigar diretamente.

No entanto, fazemos parte de uma equipe de pesquisa que encontrou uma maneira de obter informações sobre o núcleo da Terra, com detalhes publicados recentemente na Geochemical Perspective Letters.

Esta quente ai embaixo

O núcleo é a parte mais quente do nosso planeta, com o núcleo externo atingindo temperaturas de mais de 5, 000 ℃. Isso deve afetar o manto sobrejacente e estima-se que 50% do calor vulcânico vem do núcleo.

A atividade vulcânica é o principal mecanismo de resfriamento do planeta. Certo vulcanismo, como aquela que ainda está formando as ilhas vulcânicas do Havaí e da Islândia, pode estar ligada ao núcleo por plumas do manto que transferem calor do núcleo para a superfície da Terra.

No entanto, se há alguma troca de material físico entre o núcleo e o manto tem sido um assunto de debate por décadas.

Nossos resultados sugerem que algum material do núcleo é transferido para a base dessas plumas do manto, e o núcleo tem vazado esse material nos últimos 2,5 bilhões de anos.

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

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

Sabemos que o núcleo tem uma química muito distinta, dominado por ferro e níquel, juntamente com elementos como tungstênio, platina e ouro que se dissolvem em liga de ferro-níquel. Portanto, os elementos que aceitam ligas metálicas são uma boa escolha para investigar traços do núcleo.

A busca por isótopos de tungstênio

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

Esses isótopos de tungstênio têm potencial para ser os traçadores mais conclusivos do material do núcleo, porque o manto deve ter muito mais ¹⁸² C/ ¹⁸⁴ Razões W do que o núcleo.

Isso ocorre por causa de outro elemento, Hafnium (Hf), que não se dissolve em liga de ferro-níquel e é enriquecido no manto, e tinha um isótopo extinto ( ¹⁸² Hf) que decaiu para ¹⁸² W. Isso dá ao manto extra ¹⁸² W em relação ao tungstênio no núcleo.

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

Evidência de vazamento

Nosso estudo mostra uma mudança substancial no ¹⁸² C/ ¹⁸⁴ Razão W do manto ao longo da vida da Terra. As rochas mais antigas da Terra têm significativamente mais altas ¹⁸² C/ ¹⁸⁴ Mais do que a maioria das rochas da Terra moderna.

A mudança no ¹⁸² C/ ¹⁸⁴ A proporção W do manto indica que o tungstênio do núcleo está vazando para o manto há muito tempo.

Interessantemente, 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. Isso 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 2,5 bilhões de anos subsequentes, a composição isotópica de tungstênio do manto mudou significativamente. Inferimos que uma mudança na tectônica de placas, no final do Eon Arqueano, de cerca de 2,6 bilhões de anos atrás, desencadeou correntes convectivas grandes o suficiente no manto para mudar os isótopos de tungstênio de todas as rochas modernas.

Por que o vazamento?

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

Subdução, o termo usado para as rochas da superfície da Terra descendo para o manto, leva material rico em oxigênio da superfície para o manto profundo como um componente integral das placas tectônicas.

Experimentos mostram que o aumento na concentração de oxigênio no limite núcleo-manto pode fazer com que o tungstênio se separe do núcleo para o manto.

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

O núcleo da Terra começou inteiramente como metal líquido e foi esfriando e solidificando parcialmente ao longo do tempo. O campo magnético é gerado pela rotação do núcleo sólido interno. O tempo da cristalização do núcleo interno é uma das perguntas mais difíceis de responder nas ciências da Terra e planetárias.

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

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