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Uma pesquisa publicada na Nature Communications descobriu que o núcleo da Terra contém entre 0,18% e 0,49% de hidrogênio e até 1,37% de carbono, representando mais de 95% dos estoques totais desses elementos no planeta. O estudo também revela que meteoritos carbonáceos foram essenciais para fornecer a água que existe hoje na Terra.
O núcleo da Terra guarda um segredo que desafia a intuição: a maior parte da água e do carbono que existem no planeta não está nos oceanos, na atmosfera ou nas florestas, mas a milhares de quilômetros de profundidade, presos no ferro líquido que compõe o centro do nosso mundo. Um estudo conduzido por pesquisadores da Universidade da Califórnia em Riverside e publicado na Nature Communications utilizou experimentos de alta pressão em células de bigorna de diamante para simular as condições de formação do núcleo da Terra e descobriu que mais de 95% de todo o hidrogênio e mais de 97% de todo o carbono do planeta podem estar armazenados no núcleo, incorporados ao ferro líquido sob pressões e temperaturas extremas.
A descoberta muda a forma como os cientistas entendem a composição do núcleo da Terra e a origem dos elementos essenciais para a vida. Os modelos desenvolvidos pela equipe mostram que os blocos de construção do nosso planeta não podem ser explicados apenas por condritos de enstatita, o tipo de meteorito que mais se assemelha à composição isotópica da Terra. Foi necessária a contribuição de condritos carbonáceos, meteoritos ricos em água e carbono que provavelmente chegaram na fase final da formação do planeta, para explicar as quantidades de hidrogênio e carbono que o núcleo da Terra contém hoje.
O que os pesquisadores encontraram no núcleo da Terra
Os cientistas realizaram dez experimentos de fusão distintos a pressões entre 33 e 56 gigapascais e temperaturas de até 4.760 Kelvin, condições que reproduzem o ambiente onde o núcleo da Terra se formou há bilhões de anos. Pela primeira vez, mediram simultaneamente como hidrogênio e carbono se distribuem entre metal líquido e silicato fundido, descobrindo que esses dois elementos interagem fortemente quando estão juntos no ferro líquido, o que altera significativamente os resultados em relação a medições anteriores feitas separadamente.
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Essa interação é a chave da pesquisa. Quando hidrogênio e carbono coexistem no metal líquido, a afinidade de cada um pelo ferro diminui em relação ao que se observa isoladamente, o que significa que as estimativas anteriores sobre a composição do núcleo da Terra estavam calculando quantidades erradas desses elementos. Com os novos coeficientes de partição, os modelos indicam que o núcleo da Terra contém entre 0,18% e 0,49% de hidrogênio em peso e entre 0,19% e 1,37% de carbono em peso, tornando-o o maior reservatório desses elementos no planeta.
Por que a maior parte da água da Terra está no núcleo e não nos oceanos
O oceano inteiro contém uma fração ínfima do hidrogênio total do planeta quando comparado ao que está dissolvido no núcleo da Terra. O hidrogênio presente no núcleo equivale a entre 0,53% e 1,40% do peso total da Terra em forma de água, uma quantidade que supera em ordens de magnitude tudo o que existe na superfície, na atmosfera e no manto combinados. A razão é que o hidrogênio é fortemente siderófilo sob alta pressão, ou seja, tem grande afinidade por ferro, e durante a formação do planeta foi arrastado para o centro junto com o metal que se separou do silicato.
Essa descoberta não significa que há um oceano líquido escondido no interior do planeta. O hidrogênio no núcleo da Terra existe como átomos dissolvidos no ferro líquido, ocupando espaços entre os átomos de ferro em condições de pressão e temperatura que não permitem a formação de água como a conhecemos na superfície. Mas do ponto de vista da contabilidade planetária, o núcleo da Terra é onde a esmagadora maioria do hidrogênio do nosso mundo reside, um dado que muda fundamentalmente a compreensão sobre o ciclo da água em escala geológica.
A origem dos meteoritos que trouxeram água e carbono para a Terra
Um dos resultados mais relevantes do estudo é sobre a origem desses elementos. Os modelos mostram que os condritos de enstatita, o tipo de meteorito que mais se assemelha à composição isotópica da Terra, não contêm água suficiente para explicar as quantidades de hidrogênio encontradas no núcleo da Terra e no manto. Isso significa que a Terra precisou receber contribuições de condritos carbonáceos, meteoritos vindos de regiões mais distantes do sistema solar que carregam quantidades significativamente maiores de água e carbono.
Os pesquisadores combinaram seus dados de partição com o modelo de acreção em quatro estágios proposto por Dauphas e colaboradores, que usa composições isotópicas para reconstruir como a Terra foi montada. Os resultados indicam que até 53% da água e até 72% do carbono do planeta podem ter vindo de materiais não carbonáceos, como condritos de enstatita e condritos ordinários. O restante foi fornecido por condritos carbonáceos que chegaram principalmente nos últimos 25% da formação da Terra, um cenário que resolve a aparente contradição entre a composição isotópica do planeta e sua abundância de voláteis.
Como o estudo muda a compreensão sobre a formação do núcleo da Terra
Pesquisas anteriores já haviam estimado as quantidades de hidrogênio e carbono no núcleo da Terra, mas os resultados eram inconsistentes porque mediam a partição dos dois elementos separadamente. Este estudo é o primeiro a medir simultaneamente como hidrogênio e carbono se comportam no ferro líquido sob condições de formação do núcleo, e a descoberta de que eles interagem fortemente um com o outro invalida parcialmente as estimativas anteriores.
Na prática, a presença de carbono no metal líquido reduz a quantidade de hidrogênio que o ferro absorve, e vice-versa. Os coeficientes de partição obtidos quando os dois elementos são medidos juntos são marcadamente diferentes dos obtidos separadamente, o que explica por que estudos anteriores chegaram a conclusões contraditórias sobre a composição do núcleo da Terra. Com os novos dados, os cientistas podem modelar com mais precisão não apenas a composição atual do núcleo, mas também a história de como o planeta se formou e de onde vieram os ingredientes que tornaram a vida possível.
O que o estudo significa para a compreensão da água e do carbono no planeta
A conclusão central é que o núcleo da Terra é o principal reservatório tanto de hidrogênio quanto de carbono no planeta, com mais de 95% dos estoques totais de ambos os elementos. Os modelos de formação em múltiplos estágios, que são mais realistas do que os modelos simplificados, indicam que a Terra como um todo contém entre 0,53% e 1,40% de água em peso e entre 0,07% e 0,44% de carbono em peso, quantidades que precisam ser explicadas por uma combinação de diferentes tipos de meteoritos que se acumularam ao longo de milhões de anos.
Para além da geologia, a pesquisa tem implicações para a busca de vida em outros planetas. Se a maior parte da água de um planeta rochoso pode ficar presa em seu núcleo durante a formação, a quantidade de água disponível na superfície depende não apenas de quanta água o planeta recebeu, mas de como ela se distribuiu entre o núcleo metálico e o manto de silicato. O núcleo da Terra esconde a maior parte dos ingredientes essenciais para a vida, e entender como isso aconteceu aqui pode ajudar a prever onde mais no universo esses ingredientes chegaram à superfície.
O núcleo da Terra esconde mais de 95% de toda a água e do carbono do planeta. Você imaginava que a maior parte da água da Terra não está nos oceanos? O que mais te surpreende sobre o interior do nosso planeta? Deixe sua opinião nos comentários.
