Milhares de quilômetros abaixo da superfície da Terra, sob pressões esmagadoras e temperaturas escaldantes, o núcleo do planeta pode ser encontrado. Lá, um núcleo interno consistindo de uma bola sólida de níquel e ferro está super-girando dentro do núcleo externo, onde o ferro e o níquel são fluidos.
As condições desse núcleo externo foram agora recriadas em um laboratório, por uma equipe liderada pelo físico Sébastien Merkel, da Universidade de Lille, na França – de tal forma que os cientistas puderam observar a deformação estrutural do ferro.
Isso não só tem implicações para a compreensão de nosso próprio planeta, mas pode nos ajudar a entender melhor o que acontece quando pedaços de ferro colidem no espaço.
“Não criamos as condições do núcleo interno”, disse a física Arianna Gleason, do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC do Departamento de Energia dos Estados Unidos. “Mas alcançamos as condições do núcleo externo do planeta, o que é realmente notável.”
Em condições normais da Terra, a estrutura cristalina do ferro é uma rede cúbica. Os átomos estão dispostos em uma grade, com átomos no canto de cada cubo e um no centro. Quando o ferro é comprimido sob pressões extremamente altas, essa rede muda de forma, deformando-se em uma estrutura hexagonal. Isso permite que mais átomos sejam empacotados no mesmo volume de espaço.
Mas é difícil saber o que acontece em pressões e temperaturas ainda mais altas – como as do núcleo da Terra. Nos últimos anos, no entanto, a tecnologia do laser avançou a ponto de, em ambientes de laboratório, pequenas amostras estarem sujeitas a condições extremas, como as pressões e temperaturas encontradas em estrelas anãs brancas.
A equipe do SLAC implantou dois lasers. O primeiro foi um laser óptico, disparado contra uma amostra microscópica de ferro, submetendo-a a um choque que gerou intensa pressão e calor.
O núcleo externo da Terra tem pressões que variam entre 135 e 330 Gigapascais (1,3 a 3,3 milhões de atmosferas) e temperaturas entre 4.000 e 5.000 Kelvin (3.727 a 4.727 graus Celsius, ou 6.740 a 8.540 graus Fahrenheit. A amostra foi submetida a até 187 Gigapascais de pressão e temperaturas de até 4.070 Kelvin.
A próxima parte, e sem dúvida mais desafiadora, foi medir a estrutura atômica do ferro durante esse processo. Para isso, a equipe usou Linac Coherent Light Source (LCLS) laser de elétrons livres de raios-X da SLAC, que sondou a amostra enquanto o laser óptico disparava.
“Fomos capazes de fazer uma medição em um bilionésimo de segundo”, disse Gleason. “Congelar os átomos onde eles estão naquele nanossegundo é realmente excitante.”
As imagens resultantes, compiladas em uma sequência, revelaram que o ferro responde ao estresse adicional induzido por essas condições pela geminação. É quando uma rede de cristal fica tão comprimida que alguns dos pontos da rede são compartilhados por vários cristais de maneira simétrica.
Para o ferro nas condições do núcleo terrestre externo, isso significa que o arranjo atômico é empurrado de modo que as formas hexagonais giram em quase 90 graus. Esse mecanismo, disseram os pesquisadores, permite que o metal resista às extremidades.
“A geminação permite que o ferro seja incrivelmente forte – mais forte do que pensávamos – antes de começar a fluir plasticamente em escalas de tempo muito mais longas”, disse Gleason.
Agora que sabemos como o ferro se comporta nessas condições, essas informações podem ser incorporadas em modelos e simulações. Isso tem implicações importantes para a maneira como entendemos as colisões espaciais, por exemplo. O núcleo da Terra está cuidadosamente escondido dentro de um planeta, mas existem asteróides altamente metálicos que pensamos serem os núcleos expostos e nus de planetas cuja formação foi interrompida.
Esses objetos podem sofrer colisões com outros objetos que podem deformar a estrutura do ferro neles. Agora temos uma ideia melhor de como isso acontece. E, claro, agora sabemos um pouco mais sobre nosso próprio planeta.
“O futuro é brilhante agora que desenvolvemos uma maneira de fazer essas medições”, disse Gleason.
“Agora podemos dar um polegar para cima, um polegar para baixo em alguns dos modelos físicos para mecanismos de deformação realmente fundamentais. Isso ajuda a desenvolver parte da capacidade preditiva que não temos para modelar como os materiais respondem em condições extremas.”
Publicado em 15/11/2021 00h54
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