Usando a grande instalação de radiação síncrotron SPring-8 no Japão, uma colaboração de pesquisadores da Universidade Kumamoto, a Universidade de Tóquio, e outros do Japão e da França mediram com precisão a densidade do ferro líquido em condições semelhantes às do núcleo externo da Terra:1, 000, 000 atm e 4, 000 graus C. As medições precisas da densidade do ferro líquido sob tais condições extremas são muito importantes para compreender a composição química do núcleo do nosso planeta.

A Terra tem um núcleo interno de metal sólido e um núcleo externo de metal líquido localizado a cerca de 2, 900 km (1, 800 mi) abaixo da superfície, ambos os quais estão sob pressões e temperaturas muito altas. Uma vez que o principal componente do núcleo externo é o ferro, e sua densidade é consideravelmente menor do que a do ferro puro, pensava-se que continha uma grande quantidade de elementos leves como hidrogênio e oxigênio. Identificar o tipo e a quantidade desses elementos leves permitirá uma melhor compreensão da origem da Terra, especificamente os materiais que compõem a Terra e o meio ambiente no núcleo quando se separa do manto. Contudo, isso requer primeiro uma medição precisa da densidade do ferro líquido puro em pressão e temperatura extremas semelhantes ao núcleo fundido para que as densidades possam ser comparadas.

Conforme a pressão aumenta, o ponto de fusão do ferro também aumenta, o que torna difícil estudar a densidade do ferro líquido sob ultra-alta pressão. As medições anteriores da densidade do ferro líquido de alta pressão alegaram que era cerca de 10% maior do que a densidade do ferro líquido nas condições do núcleo, mas os experimentos de compressão de choque usados ​​foram considerados como tendo um grande erro.

O trabalho atual melhora essas medições usando o raio-X de alta intensidade na instalação SPring-8 para medir a difração de raios-X do ferro líquido sob ultra-altas pressões e altas temperaturas, e aplica um novo método analítico para calcular a densidade do líquido. Adicionalmente, o perfil de velocidade do som do líquido foi medido em condições extremas de até 450, 000 atm. Os dados foram coletados em várias temperaturas e pressões, em seguida, combinados com dados de ondas de choque anteriores para calcular a densidade para as condições em todo o núcleo da Terra.

Atualmente, a melhor maneira de estimar a densidade do núcleo externo da Terra é por meio de observações sísmicas. Comparando a densidade do núcleo externo com as medições experimentais neste estudo, o ferro puro é cerca de 8% mais denso do que o núcleo externo da Terra. Oxigênio, que foi considerada uma grande impureza no passado, não pode explicar a diferença de densidade, sugerindo a presença de outros elementos leves. Esta revelação é um grande passo para estimar a composição química do núcleo - um problema de primeira classe em Ciências da Terra.

"No mundo todo, muitas tentativas de medir a densidade, velocidade do som, e a estrutura de líquidos sob pressões ultra-altas usando células de diamante aquecidas a laser foram feitas por mais de 30 anos, mas nenhum teve sucesso até agora, "disse o Dr. Yoichi Nakajima, um dos principais membros da colaboração de pesquisa. “Esperamos que as inovações tecnológicas alcançadas neste estudo acelerem dramaticamente a pesquisa em líquidos sob altas pressões. acreditamos que isso irá aprofundar nossa compreensão do núcleo metálico líquido e do magma nas profundezas da Terra e de outros planetas rochosos. "