A química oculta do núcleo da Terra é revelada por como ela congelou

Um estudo de pesquisadores da Universidade de Oxford, Universidade de Leeds e College School London identificou uma nova restrição à química do núcleo da Terra, mostrando como foi capaz de cristalizar milhões de anos atrás. O estudo é publicado em Comunicações da natureza.

Os pesquisadores mostraram que o núcleo precisaria ser feito de 3,8% carbono para que tenha começado a cristalizar. Esse resultado indica que o carbono pode ser mais abundante no núcleo da Terra do que se pensava anteriormente, e que esse elemento poderia ter desempenhado um papel elementary na maneira como congelou, oferecendo um raro vislumbre dos processos que ocorrem no coração do nosso planeta.

Terra núcleo internoa massa sólida rica em ferro no centro do nosso planeta, está crescendo lentamente à medida que o núcleo externo derretido circundante esfria e congela. Mas esse processo tem sido uma fonte de debate entre os cientistas há décadas.

A formação central interna não é apenas uma questão de determinar quando o núcleo esfriou em seu ponto de congelamentomas envolve o processo de cristalização, que depende de sua composição química exata. Como Gotas de água Nas nuvens, que podem esfriar a -30 ° C antes de formar granizo, o ferro fundido deve ser tremendous -resfriado (resfriado abaixo do seu ponto de fusão) antes de congelar.

Cálculos anteriores sugeriram que 800-1.000 ° C de super-resfriamento seriam necessários para iniciar o congelamento do núcleo se fosse feito de ferro puro.

No entanto, se o núcleo for tremendous -resfriado até esse grau, os pesquisadores mostraram que o núcleo interno cresceria massivamente e o campo magnético da Terra falharia. Mas nenhum desses resultados ocorreu durante a história de nosso planeta. Em vez disso, os cientistas acreditam que, no passado, o núcleo poderia ter esfriado até mais de 250 ° C abaixo do seu ponto de fusão.

Esta nova pesquisa teve como objetivo entender como o núcleo interno existe como observado hoje com uma supercoolamento tão limitado no passado. Sem Acesso direto Para o inside profundo da Terra, a equipe de pesquisa precisava confiar em simulações de computador do processo de congelamento.

Eles analisaram a presença de outros elementos, especificamente silício, enxofre, oxigênio e carbono, e como isso pode afetar o processo de congelamento.

“Cada um desses elementos existe no manto sobrejacente e, portanto, poderia ter sido dissolvido no núcleo durante a história da Terra”, explicou o professor associado do co-autor Andrew Walker (Departamento de Ciências da Terra, Universidade de Oxford).

“Como resultado, isso pode explicar por que temos um núcleo interno sólido, com relativamente pouco tremendous -resfriamento nessa profundidade. A presença de um ou mais desses elementos também pode racionalizar por que o núcleo é menos denso que o ferro puro, uma observação importante da sismologia”.

Usando simulações de computador em escala atômica de cerca de 100.000 átomos a temperaturas e pressões super-resfriadas equivalentes aos do núcleo interno, a equipe de pesquisa rastreia com que frequência pequenos aglomerados de átomos de cristal se formaram a partir de um líquido. Esses eventos de “nucleação” são os primeiros passos para o congelamento.

O que eles descobriram foi surpreendente: silício e enxofre, elementos frequentemente assumidos como presentes no núcleo, na verdade diminuem o processo de congelamento. Em outras palavras, seria necessário mais resfriamento para começar a formar o núcleo interno se esses elementos fossem abundantes nessa parte da Terra.

Por outro lado, eles descobriram que o carbono ajudou a acelerar o congelamento na simulação.

No estudo, os pesquisadores testaram quanta tremendous -resfriamento seria necessário para congelar o núcleo interno se 2,4% da massa do núcleo fosse feita de carbono. O resultado: cerca de 420 ° C, ainda muito alto, mas o resultado mais próximo da viabilidade ainda.

Mas quando eles extrapolaram seus resultados para um caso em que 3,8% da massa do núcleo é carbono, o tremendous -resfriamento necessário caiu para 266 ° C. Essa é a única composição conhecida que poderia explicar a nucleação e o tamanho observado do núcleo interno.

Esse resultado indica que o carbono pode ser mais abundante no núcleo da Terra do que se pensava anteriormente e que, sem esse elemento, a formação de um núcleo interno sólido pode nunca ter acontecido.

Os experimentos também mostram que o congelamento do núcleo interno foi possível com a química certa e, diferentemente da água quando forma o granizo, o fez sem “sementes de nucleação”, pequenas partículas que ajudam a iniciar o congelamento. Isso é important, porque, quando testado em simulações anteriores, todos os candidatos a sementes de nucleação no núcleo derreteram ou dissolveram.

O principal autor Dr. Alfred Wilson (Escola de Terra e Meio Ambiente, Universidade de Leeds) disse: “É emocionante ver como os processos em escala atômica controlam a estrutura e a dinâmica fundamentais do nosso planeta. Estudando como o núcleo inside da Terra pode ser o que não podemos aprender diretamente sobre o que não podemos aprender sobre o passado, o que não podemos aprender sobre o passado, que não podemos aprender o que não podemos aprender sobre o passado, o que não podemos aprender a que não se apressemos.

Os cientistas debateram quando o núcleo interno começou a solidificar por décadas, com alguns discutindo por um núcleo interno antigo (com o início do início de mais de dois bilhões de anos atrás) e outros sugerindo uma idade muito mais jovem (menos de meio bilhão de anos). Com essas novas informações sobre o teor de carbono do núcleo, estamos um passo mais perto de restringir sua química e propriedades físicas e, portanto, como ela evoluiu.