Muito abaixo da superfície da Terra, a cerca de 1.800 milhas de profundidade, encontra-se uma região magmática agitada, imprensada entre o manto sólido à base de silicato e o núcleo rico em ferro fundido: o limite do núcleo do manto. É um remanescente dos tempos antigos, os dias primordiais cerca de 4,5 bilhões de anos atrás, quando todo o planeta estava derretido, um mar sem fim de magma. Embora as extremas pressões e temperaturas da região dificultem o estudo, ela contém pistas sobre a misteriosa história de origem do mundo como a conhecemos.
“Ainda estamos tentando entender como a Terra realmente começou a se formar, como se transformou de um planeta derretido para um com criaturas vivas andando em seu manto e crosta de silicato”, diz Arianna Gleason, cientista do Departamento de Energia. Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC. “Aprender sobre as estranhas formas de comportamento dos materiais sob diferentes pressões pode nos dar algumas dicas”.
Agora, os cientistas desenvolveram uma maneira de estudar silicatos líquidos nas condições extremas encontradas nos limites do manto principal. Isso poderia levar a uma melhor compreensão dos primeiros dias de derretimento da Terra, que poderiam até se estender a outros planetas rochosos. A pesquisa foi liderada pelos cientistas Guillaume Morard e Alessandra Ravasio. A equipe, que incluiu Gleason e outros pesquisadores do SLAC e da Universidade de Stanford, publicou suas descobertas esta semana nos Anais da Academia Nacional de Ciências.
“Existem características de líquidos e vidros, em especial derretimentos de silicato, que não entendemos”, diz Morard, cientista da Universidade de Grenoble e da Universidade de Sorbonne, na França. “O problema é que os materiais fundidos são intrinsecamente mais desafiadores para serem estudados. Através de nossos experimentos, fomos capazes de sondar materiais geofísicos nas temperaturas e pressões extremamente altas da Terra profunda para enfrentar sua estrutura líquida e aprender como elas se comportam. No futuro, iremos poder usar esses tipos de experimentos para recriar os primeiros momentos da Terra e entender os processos que a moldaram “.
Mais quente que o sol
No laser de elétron livre de raios-X da fonte de luz coerente Linac (LCLS) da Linac, os pesquisadores enviaram primeiro uma onda de choque através de uma amostra de silicato com um laser óptico cuidadosamente ajustado. Isso lhes permitiu atingir pressões que imitam as do manto terrestre, 10 vezes mais altas do que as obtidas anteriormente com silicatos líquidos e temperaturas tão altas quanto 6.000 Kelvin, um pouco mais quentes que a superfície do sol.
Em seguida, os pesquisadores atingiram a amostra com pulsos de laser de raios X ultra-rápidos da LCLS no momento exato em que a onda de choque atingiu a pressão e a temperatura desejadas. Alguns dos raios X espalharam-se em um detector e formaram um padrão de difração. Assim como toda pessoa tem seu próprio conjunto de impressões digitais, a estrutura atômica dos materiais geralmente é única. Os padrões de difração revelam a impressão digital do material, permitindo que os pesquisadores sigam como os átomos da amostra se rearranjaram em resposta ao aumento de pressão e temperatura durante a onda de choque. Eles compararam seus resultados com os de experimentos anteriores e simulações moleculares para revelar uma linha do tempo evolutiva comum de vidros e silicatos líquidos a alta pressão.
“É emocionante poder reunir todas essas técnicas diferentes e obter resultados semelhantes”, diz o cientista e co-autor do SLAC Hae Ja Lee. “Isso nos permite encontrar uma estrutura combinada que faça sentido e dê um passo adiante. É muito abrangente em comparação com outros estudos”.
Conectando o atomístico ao planetário
No futuro, a atualização do LCLS-II, bem como as atualizações para o instrumento Matter in Extreme Conditions (MEC) onde esta pesquisa foi realizada, permitirá que os cientistas recriem as condições extremas encontradas no núcleo interno e externo para aprender como o ferro comporta-se e o papel que desempenha na geração e formação do campo magnético da Terra.
Para acompanhar esse estudo, os pesquisadores planejam realizar experimentos com energias mais elevadas de raios-X para fazer medições mais precisas do arranjo atômico de silicatos líquidos. Eles também esperam alcançar temperaturas e pressões mais altas para entender como esses processos se desenvolvem em planetas maiores que a Terra, as chamadas super-terras ou exoplanetas, e como o tamanho e a localização de um planeta influencia sua composição.
“Esta pesquisa nos permite conectar o atomístico ao planetário”, diz Gleason. “A partir deste mês, mais de 4.000 exoplanetas foram descobertos, cerca de 55 dos quais estão posicionados na zona habitável de suas estrelas, onde é possível a existência de água líquida. Alguns deles evoluíram até o ponto em que acreditamos que exista uma substância metálica. núcleo que pode gerar campos magnéticos, que protegem os planetas de ventos estelares e radiação cósmica.Há tantas peças que precisam se encaixar para que a vida se forme e seja sustentada.Fazer medições importantes para entender melhor a construção desses planetas é crucial nesta era da descoberta “.
Publicado em 20/05/2020 11h02
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