O campo magnético da Terra protege e torna nosso planeta habitável, impedindo partículas nocivas de alta energia do espaço, inclusive 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 ele começa a uma profundidade de cerca de 2.900 quilômetros, tornando-se muito profundo para amostrar e investigar diretamente.
No entanto, somos 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.
Está quente lá em baixo
O núcleo é a parte mais quente do nosso planeta com o núcleo externo atingindo temperaturas de mais de 5.000 ?. Isso tem que afetar o manto sobrejacente e estima-se que 50% do calor vulcânico venha do núcleo.
A atividade vulcânica é o principal mecanismo de resfriamento do planeta. Certos vulcanismos, como o que ainda está formando ilhas vulcânicas do Havaí e da Islândia, podem estar ligados ao núcleo por plumas de manto que transferem calor do núcleo para a superfície da Terra.
No entanto, se existe alguma troca de material físico entre o núcleo e o manto, tem sido objeto de debate há décadas.
Nossas descobertas sugerem que algum material central é transferido para a base dessas plumas, 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 procurar rastreadores químicos do material do núcleo em rochas vulcânicas derivadas do manto profundo.
Sabemos que o núcleo tem uma química muito distinta, dominada pelo ferro e o níquel, juntamente com elementos como o tungstênio, a platina e o ouro, que se dissolvem na liga de ferro-níquel. Portanto, os elementos amantes da liga metálica são uma boa escolha para investigar os vestígios do núcleo.
A busca por isótopos de tungstênio
O tungstênio (símbolo químico W) como o elemento base possui 74 prótons. O tungstênio tem vários isótopos, incluindo 182W (com 108 nêutrons) e 184W (com 110 nêutrons).
Esses isótopos de tungstênio têm potencial para serem os traçadores mais conclusivos do material do núcleo, porque espera-se que o manto tenha proporções de 182W / 184W mais altas do que o núcleo.
Isto é devido a outro elemento, Háfnio (Hf), que não se dissolve na liga de ferro-níquel e é enriquecido no manto, e tinha um isótopo agora extinto (182Hf) que decaiu para 182W. Isso dá ao manto extra 182W em relação ao tungstênio no núcleo.
Mas a análise necessária para detectar variações nos isótopos de tungstênio é incrivelmente desafiadora, já que estamos observando variações na proporção de 182W / 184W em partes por milhão e a concentração de tungstênio em rochas é tão baixa quanto dezenas de partes por bilhão. Menos de cinco laboratórios do mundo podem fazer esse tipo de análise.
Evidência de um vazamento
Nosso estudo mostra uma mudança substancial na proporção de 182W / 184W do manto sobre a vida da Terra. As rochas mais antigas da Terra têm 182 W / 184 W significativamente mais altas do que a maioria das rochas da Terra moderna.
A mudança na proporção de 182W / 184W do manto indica que o tungstênio do núcleo vazou no manto por um longo tempo.
Curiosamente, nas rochas vulcânicas mais antigas da Terra, ao longo de um período de tempo de 1,8 bilhões de anos, não há mudanças significativas 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 do isótopo de tungstênio do manto mudou significativamente. Inferimos que uma mudança na tectônica de placas, perto do fim do Eon arqueano de aproximadamente 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 subindo do limite do manto do núcleo até a superfície, segue-se que o material da superfície da Terra também deve descer para o manto profundo.
A subducção, o termo usado para rochas da superfície da Terra que descem ao manto, leva o material rico em oxigênio da superfície para o manto profundo como um componente integral da tectônica de placas.
Experimentos mostram que o aumento na concentração de oxigênio no limite do manto central poderia fazer com que o tungstênio se separasse do núcleo e penetrasse no manto.
Alternativamente, a solidificação do núcleo interno também aumentaria a concentração de oxigênio do núcleo externo. Neste caso, nossos novos resultados poderiam nos dizer algo sobre a evolução do núcleo, incluindo a origem do campo magnético da Terra.
O núcleo da Terra começou como um metal inteiramente líquido e foi esfriando e solidificando parcialmente com o tempo. O campo magnético é gerado pelo spin do núcleo sólido interno. O tempo da cristalização do núcleo interno é uma das questões mais difíceis de responder nas ciências da Terra e do planeta.
Nosso estudo nos dá um rastreador que pode ser usado para investigar a interação núcleo-manto e a mudança na dinâmica interna do nosso planeta, e que pode aumentar nossa compreensão de como e quando o campo magnético foi ativado.
Publicado em 10/07/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-07-earth-core-leaking-billions-years.html
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