O núcleo da Terra liberta hidrogénio para o manto

Nos seus primórdios, a Terra parecia a capa de um álbum de heavy metal: uma esfera incandescente, coberta por um oceano global de lava, que expelia gases mortais enquanto era bombardeada pelas rochas espaciais em chamas do nascimento violentamente caótico do Sistema Solar.

Ao longo dos 4,5 mil milhões de anos de agitada história cosmogeológica que se seguiram, o planeta acalmou um pouco, permitindo o aparecimento de seres humanos, lémures e outras formas de vida.

Ainda existe um vestígio dessa realidade infernal e antiga, que os olhos humanos, espera-se, nunca verão: o núcleo metálico fundido da Terra, tão quente como a superfície do Sol.

Do núcleo da Terra ao manto

O núcleo envia continuamente mensageiros químicos através das camadas superiores do planeta. Entre eles estão ingredientes provenientes do espaço, presentes desde o nascimento da Terra e encerrados no seu interior durante cerca de um terço da idade do Universo.

Um desses ingredientes é o hidrogénio captado da gigantesca nuvem de gás e poeira que formou o Sol. Este continua a escapar lentamente do núcleo e transforma-se em água no manto e na crosta - não em água líquida, mas em água retida nos minerais.

Por isso, uma equipa de geocientistas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, em Hefei, procurou responder a uma questão antiga, popular na ciência e, em rigor, tão velha como a própria Terra:

As diferenças químicas no manto profundo são vestígios da cristalização do planeta a partir de uma esfera de magma ou provas de que o núcleo e o manto trocaram substâncias químicas desde tempos imemoriais?

Num estudo publicado na Science Advances, os investigadores recorreram a “simulações de integrais de percurso”, potenciadas por aprendizagem automática, para explorar o comportamento quântico de moléculas e átomos.

As diferenças químicas no manto profundo são vestígios da cristalização do planeta a partir de uma esfera de magma ou provas de que o núcleo e o manto trocaram substâncias químicas desde tempos imemoriais?

Este método permitiu-lhes analisar o transporte de hidrogénio no interior da Terra, um passo importante porque a leveza deste átomo lhe confere um comportamento quântico particularmente peculiar.

A cristalização do oceano de magma

A equipa examinou a razão entre deutério e hidrogénio, que mede a proporção de um isótopo mais pesado do hidrogénio, chamado deutério, relativamente ao hidrogénio comum. O objetivo era perceber se o hidrogénio mais leve escapava para cima através de plumas de material fundido que chegam à superfície.

O modelo de cristalização mostra, contudo, que o fracionamento entre minerais e material fundido é bastante fraco. Assim, teria produzido uma distribuição uniforme da razão D/H no manto primitivo.

“Em conjunto, estes resultados indicam que a cristalização do oceano de magma produz um manto primitivo com uma composição isotópica de hidrogénio essencialmente homogénea, apesar das grandes variações de pressão, temperatura e pressupostos do modelo”, concluíram os investigadores.

A composição isotópica inicial do hidrogénio no oceano de magma revelou-se o fator mais importante. Outras variáveis, incluindo o teor inicial de água - estimado em até duas massas oceânicas - tiveram pouca influência no resultado.

A razão é, literalmente, o caos: as condições eram demasiado violentas e energéticas para que o deutério e o hidrogénio fossem separados ordenadamente pelas camadas da Terra.

Para comparar, é muito mais fácil montar um puzzle durante uma bucólica viagem de comboio do que a fazer espirais pela estratosfera num Super Hornet dos Blue Angels.

Os indícios químicos do núcleo da Terra

Os basaltos de ilhas oceânicas (OIB) fornecem indícios de que há material a escapar do núcleo terrestre, pois formam-se a partir de correntes ascendentes originadas perto da fronteira entre o núcleo e o manto.

Estas lavas emergem em locais como a ilha de Baffin, em Nunavut, no Canadá, e a Islândia, situada na Islândia.

Parecem também trazer consigo o hidrogénio leve acumulado a partir da nebulosa solar que deu origem ao Sistema Solar: uma cápsula do tempo geoquímica anterior a tudo o que conhecemos.

Ao escapar do núcleo em direção à superfície, este hidrogénio enriquece o manto e reduz a sua razão D/H.

As razões entre isótopos de hélio oferecem outra pista. O hélio-3 é um isótopo primordial mais leve, proveniente da nebulosa solar e, em grande parte, do Big Bang. Já o hélio-4, mais pesado, resulta do decaimento radioativo nas camadas superiores da Terra.

Por isso, uma razão mais elevada entre hélio-3 e hélio-4 nos OIB reforça os indícios de que o hélio também escapa do núcleo terrestre.

O tungsténio constitui outra peça essencial do puzzle. Este metal pesado ficou inicialmente retido no núcleo, à medida que as camadas da Terra se separavam durante a cristalização, como uma cebola em flor à escala planetária. Hoje, porém, um isótopo de tungsténio, exilado há muito tempo, apanha boleia nas plumas ascendentes, permitindo seguir os materiais do núcleo à medida que são devolvidos às camadas superiores das entranhas terrestres.

Para resumir este cocktail químico proveniente das profundezas mais antigas do nosso mundo, as provas reunidas pela equipa assentam num triunvirato: as razões dos isótopos de hidrogénio, hélio e tungsténio permitem seguir os materiais que escapam do núcleo.

“Estas descobertas sugerem que, mesmo que tenham existido reservatórios primordiais no manto profundo, é pouco provável que as assinaturas isotópicas do hidrogénio no manto inferior profundo atual sejam simples vestígios da diferenciação inicial”, concluem os investigadores.

Em vez disso, acrescentam, “refletem uma modificação dinâmica causada pela troca contínua entre o núcleo e o manto ao longo da evolução da Terra”.

A investigação foi publicada na Science Advances.

Este artigo foi verificado e editado por Fiona MacDonald. Embora nos orgulhemos do nosso processo, somos apenas humanos. Se encontrar um erro, por favor informe-nos.