Como uma cebola, ondas sísmicas sugerem que o núcleo interno da Terra pode ter camadas

As ondas sísmicas que atravessam o núcleo interno da Terra já nos contaram bastante sobre o coração de ferro do planeta: que pode estar a mudar de forma, a inverter o sentido de rotação, a ter uma textura invulgar e até a albergar um estado de matéria pouco comum.

Agora, um novo estudo, ao tentar explicar medições fora do esperado, sugere que este núcleo interno poderá ser estratificado - em camadas, à semelhança de uma cebola.

Cientistas na Alemanha quiseram investigar em particular o problema das anisotropias sísmicas - variações na velocidade das ondas sísmicas quando reverberam pela Terra e atingem o núcleo interno, dependendo da direção em que viajam.

"Existem várias hipóteses para a origem destas anisotropias", diz a mineralogista Carmen Sanchez-Valle, da Universidade de Münster.

"Decidimos estudar o efeito combinado do silício e do carbono no comportamento de deformação do ferro."

Para perceber o que se passa, os investigadores testaram como estes elementos-chave do núcleo interno poderão interagir sob pressões extremas e temperaturas até 820 °C.

Recorrendo à difração de raios X, procuraram uma propriedade chamada orientação preferencial da rede cristalina (LPO), que descreve como os cristais dentro dos sólidos se alinham devido a padrões térmicos.

Até agora, os cientistas não tinham dados robustos sobre como a LPO do ferro se manifesta quando este é misturado com silício e carbono para formar ligas.

A LPO pode influenciar a forma como as ondas sonoras se propagam através de metais como o ferro, e há muito que se suspeita que isso possa explicar a anisotropia sísmica. Aqui, a hipótese foi testada à escala mais pequena: as ligas foram colocadas em cápsulas minúsculas, comprimidas e aquecidas.

"Os padrões de difração foram analisados após a experiência para obter propriedades plásticas - especificamente, resistência ao escoamento e viscosidade - das ligas ferro-silício-carbono, que depois foram modeladas teoricamente para extrapolar para as condições do núcleo interno", explica Sanchez-Valle.

Os resultados mostraram que, em comparação com o ferro puro, a adição de silício e carbono alterou, de facto, a disposição da rede cristalina na liga de ferro.

As diferenças resultantes na velocidade das ondas sísmicas seriam compatíveis com as anomalias observadas na parte externa do núcleo interno.

Isto reforça a ideia de que o núcleo interno da Terra tem, na realidade, várias camadas - um feito notável, considerando que estamos a falar de algo a mais de 5.000 quilómetros abaixo de nós, enterrado sob rocha e metal líquido.

A parte central do núcleo interno poderá ter pouco silício e carbono, o que levaria a uma anisotropia sísmica forte, segundo os investigadores, "enquanto o aumento da concentração de elementos leves de liga em direção às camadas exteriores do núcleo interno resulta numa anisotropia reduzida".

Os geólogos têm avançado de forma consistente na compreensão do que está por baixo da superfície da Terra, sobretudo medindo como as ondas sísmicas se deslocam e recriando, em laboratório, condições do núcleo interno e do núcleo externo.

O trabalho detalhado passa por identificar inconsistências, propor explicações possíveis e depois testá-las - algo que a equipa deste estudo conseguiu fazer com sucesso.

"O padrão de anisotropia dependente da profundidade observado no núcleo interno da Terra poderá resultar da estratificação química de silício e carbono após a cristalização do núcleo", concluem os investigadores.

A investigação foi publicada na Nature Communications.