Um estudo significativo publicado na National Science Review oferece uma explicação convincente. A equipe de pesquisa relatou que o núcleo interno da Terra não se comporta como um sólido convencional — em vez disso, ele existe em um estado superiônico, onde elementos leves se movem através de uma estrutura de ferro estável como se fossem líquidos. Essa descoberta redefine nossa compreensão da camada mais profunda do planeta.

A investigação, liderada pelo Prof. Youjun Zhang e Dr. Yuqian Huang da Universidade de Sichuan, juntamente com o Prof. Yu He do Instituto de Geoquímica da Academia Chinesa de Ciências, demonstra que ligas de ferro-carbono se transformam em uma fase superiônica sob as condições extremas do núcleo interno. Nesse ambiente, os átomos de carbono se movem rapidamente pela rede de ferro, diminuindo significativamente a rigidez da liga.

“Pela primeira vez, mostramos experimentalmente que a liga de ferro-carbono sob as condições do núcleo interno exibe uma velocidade de cisalhamento notavelmente baixa,” afirmou o Prof. Zhang. “Nesse estado, os átomos de carbono tornam-se altamente móveis, difundindo-se pela estrutura cristalina do ferro como crianças dançando em um quadrilátero, enquanto o ferro permanece sólido e ordenado. Essa chamada ‘fase superiônica’ reduz drasticamente a rigidez da liga.”

Provas Experimentais Confirmam Previsões Anteriores

Embora simulações computacionais em 2022 sugerissem que o núcleo interno poderia assumir essa forma exótica, confirmá-la em laboratório havia se mostrado desafiador — até agora. Utilizando uma plataforma de compressão dinâmica por choque, os pesquisadores impulsionaram amostras de ferro-carbono a 7 quilômetros por segundo, atingindo pressões de até 140 gigapascals e temperaturas perto de 2600 kelvins, reproduzindo de perto o ambiente encontrado no núcleo interno.

Ao combinar medições in situ de velocidade do som com simulações de dinâmica molecular avançadas, a equipe observou uma perda dramática na velocidade de ondas de cisalhamento e um aumento acentuado no coeficiente de Poisson. Esses resultados estão de acordo com as surpreendentes características sísmicas macias registradas na Terra. Em nível atômico, os dados mostraram os átomos de carbono se movendo livremente pela estrutura ordenada do ferro, enfraquecendo-a sem causar o colapso da rede.

Um Núcleo Superiônico que Influencia a Dinâmica da Terra

O modelo superiônico não apenas explica anomalias sísmicas de longa data, mas também expande nossa compreensão sobre como o núcleo interno contribui para os processos internos da Terra. O movimento de elementos leves pode explicar a anisotropia sísmica — variações direcionais nas velocidades das ondas sísmicas — e também pode desempenhar um papel na manutenção do campo magnético da Terra.

“A difusão atômica dentro do núcleo interno representa uma fonte de energia anteriormente negligenciada para o geodinamômetro,” afirmou o Dr. Huang. “Além do calor e da convecção composicional, o movimento fluido dos elementos leves pode ajudar a alimentar o motor magnético da Terra.”

O estudo também esclarece debates sobre o comportamento de elementos leves sob pressão extrema. Pesquisas anteriores focaram principalmente em compostos ou ligas de substituição, mas este trabalho destaca o papel fundamental das soluções sólidas intersticiais (especialmente aquelas com carbono) no controle das propriedades físicas do núcleo.

Uma Mudança na Perspectiva dos Cientistas sobre o Centro da Terra

Segundo o Prof. Zhang, essas descobertas representam uma mudança significativa na interpretação científica do núcleo interno. “Estamos nos afastando de um modelo estático e rígido do núcleo interno em direção a um modelo dinâmico,” explicou.

As implicações vão além da Terra. Identificar uma fase superiônica no núcleo interno também pode melhorar nossa compreensão sobre a evolução magnética e térmica de outros planetas rochosos e exoplanetas. Como observa Zhang, “Compreender esse estado oculto da matéria nos aproxima de desvendar os segredos dos interiores planetários semelhantes à Terra.”

Esta pesquisa foi apoiada pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, pelo Programa de Ciência e Tecnologia de Sichuan e pela Equipe Interdisciplinar Jovem da Academia Chinesa de Ciências.