A esfera de metal sólido da Terra é ‘texturizada’ – ScienceDaily

Como o núcleo interno da Terra se formou, cresceu e evoluiu ao longo do tempo permanece um mistério, que uma equipe de pesquisadores liderados pela Universidade de Utah está tentando sondar com a ajuda de ondas sísmicas de terremotos naturais. Embora essa esfera de 2.442 quilômetros de diâmetro represente menos de 1% do volume total da Terra, sua existência é responsável pelo campo magnético do planeta, sem o qual a Terra seria um lugar muito diferente.

Mas o núcleo interno não é a massa homogênea que já foi assumida pelos cientistas, mas sim uma tapeçaria de diferentes “tecidos”, de acordo com Guanning Pang, ex-aluno de doutorado do Departamento de Geologia e Geofísica dos EUA.

“Pela primeira vez, confirmamos que esse tipo de heterogeneidade está em toda parte dentro do núcleo interno”, disse Pang. Agora pesquisador de pós-doutorado na Cornell University, Pang é o principal autor de um novo estudo, publicado em 5 de julho na Natureza que abre uma janela para as profundezas da Terra. Ele conduziu o estudo como parte de sua dissertação de doutorado em Utah.

A outra fronteira final

“O objetivo do nosso estudo era olhar para dentro do núcleo interno”, disse o sismólogo Keith Koper, que supervisionou o estudo. “É como uma área de fronteira. Sempre que você quer imaginar o interior de alguma coisa, você tem que tirar os efeitos rasos. Portanto, este é o lugar mais difícil de fazer imagens, a parte mais profunda, e ainda há coisas desconhecidas sobre isso. “

Esta pesquisa aproveitou um conjunto de dados especial gerado por uma rede global de matrizes sísmicas configuradas para detectar explosões nucleares. Em 1996, as Nações Unidas estabeleceram a Comissão Preparatória para a Organização do Tratado de Proibição Abrangente de Testes Nucleares, CTBTO, para garantir o cumprimento do tratado internacional que proíbe tais explosões.

Sua peça central é o Sistema de Monitoramento Internacional (IMS), apresentando quatro sistemas para detectar explosões usando instrumentos de detecção avançados localizados em todo o mundo. Embora seu objetivo seja impor uma proibição internacional de detonações nucleares, eles produziram tesouros de dados que os cientistas podem usar para lançar uma nova luz sobre o que está acontecendo no interior da Terra, nos oceanos e na atmosfera.

Esses dados facilitaram a pesquisa que iluminou explosões de meteoros, identificou uma colônia de baleias azuis pigmeus, avançou a previsão do tempo e forneceu informações sobre como os icebergs se formam.

Embora a superfície da Terra tenha sido completamente mapeada e caracterizada, seu interior é muito mais difícil de estudar, pois não pode ser acessado diretamente. As melhores ferramentas para sentir esse reino oculto são as ondas sísmicas dos terremotos que se propagam da crosta fina do planeta e vibram através de seu manto rochoso e núcleo metálico.

“O planeta se formou a partir de asteroides que estavam meio que acumulando [in space]. Eles estão se chocando e você gera muita energia. Portanto, todo o planeta, quando está se formando, está derretendo”, disse Koper. “Simplesmente o ferro é mais pesado e você obtém o que chamamos de formação do núcleo. Os metais afundam no meio e a rocha líquida está do lado de fora e, em seguida, basicamente congela com o tempo. A razão pela qual todos os metais estão lá embaixo é porque eles são mais pesados ​​que as rochas.”

Planeta dentro de um planeta

Nos últimos anos, o laboratório de Koper tem analisado dados sísmicos sensíveis ao núcleo interno. Um estudo anterior, liderado por Pang, identificou variações entre as rotações da Terra e seu núcleo interno que podem ter desencadeado uma mudança na duração do dia em 2001 a 2003.

O núcleo da Terra, que mede cerca de 4.300 milhas de diâmetro, é composto principalmente de ferro e algum níquel, juntamente com alguns outros elementos. O núcleo externo permanece líquido, envolvendo o núcleo interno sólido.

“É como um planeta dentro de um planeta que tem sua própria rotação e é desacoplado por este grande oceano de ferro fundido”, disse Koper, professor de geologia que dirige as Estações Sismográficas U of U, ou UUSS.

O campo protetor de energia magnética ao redor da Terra é criado pela convecção que ocorre dentro do núcleo externo líquido, que se estende 2.260 quilômetros (1.795 milhas) acima do núcleo sólido, disse ele. O metal fundido sobe acima do núcleo interno sólido, esfria à medida que se aproxima do manto rochoso da Terra e afunda. Essa circulação gera as bandas de elétrons que envolvem o planeta. Sem o núcleo interno sólido da Terra, esse campo seria muito mais fraco e a superfície planetária seria bombardeada com radiação e ventos solares que destruiriam a atmosfera e tornariam a superfície inabitável.

Para o novo estudo, a equipe do U analisou dados sísmicos registrados por 20 matrizes de sismômetros colocados em todo o mundo, incluindo dois na Antártida. O mais próximo de Utah fica nos arredores de Pinedale, Wyo. Esses instrumentos são inseridos em poços perfurados de até 10 metros em formações de granito e dispostos em padrões para concentrar os sinais que recebem, semelhante ao funcionamento das antenas parabólicas.

Pang analisou ondas sísmicas de 2.455 terremotos, todos com magnitude superior a 5,7, ou aproximadamente a força do terremoto de 2020 que abalou Salt Lake City. A maneira como essas ondas ricochetearam no núcleo interno ajuda a mapear sua estrutura interna.

Terremotos menores não geram ondas fortes o suficiente para serem úteis para o estudo.

“Esse sinal que volta do núcleo interno é realmente minúsculo. O tamanho é da ordem de um nanômetro”, disse Koper. “O que estamos fazendo é procurar uma agulha no palheiro. Portanto, esses ecos e reflexos do bebê são muito difíceis de ver.”

O núcleo está mudando

Os cientistas usaram ondas sísmicas pela primeira vez para determinar se o núcleo interno era sólido em 1936. Antes da descoberta pelo sismólogo dinamarquês Inge Lehmann, presumia-se que todo o núcleo era líquido, pois é extremamente quente, aproximando-se de 10.000 graus Fahrenheit, sobre a temperatura do Sol. superfície.

Em algum momento da história da Terra, o núcleo interno começou a “nuclear”, ou solidificar, sob as intensas pressões existentes no centro do planeta. Ainda não se sabe quando esse processo começou, mas a equipe U recolheu pistas importantes dos dados sísmicos, que revelaram um efeito de dispersão associado a ondas que penetraram no interior do núcleo.

“Nossa maior descoberta é que a falta de homogeneidade tende a ser mais forte quando você se aprofunda. Em direção ao centro da Terra ela tende a ser mais forte”, disse Pang.

“Achamos que esse tecido está relacionado com a rapidez com que o núcleo interno crescia. Há muito tempo, o núcleo interno crescia muito rápido. Chegou a um equilíbrio e depois começou a crescer muito mais lentamente”, disse Koper. “Nem todo o ferro se tornou sólido, então algum ferro líquido pode ficar preso dentro dele.”

Participaram do estudo, financiado pela National Science Foundation, pesquisadores da University of Southern California, da Université de Nantes, na França, e do Los Alamos National Laboratory.