Núcleo da Terra pode conter até 45 vezes mais hidrogénio do que os oceanos

À primeira vista, a Terra não parece ter muito hidrogénio. Isso não significa, porém, que lhe falte por completo o elemento mais abundante do Universo: ligado ao oxigénio, encontra-se à vista de todos sob a forma de água.

Um novo estudo indica que também poderão existir enormes quantidades de hidrogénio retidas no núcleo do planeta, ligadas ao ferro das ligas metálicas aí densamente compactadas.

Quanto hidrogénio? Até 45 vezes mais do que os cerca de 150 triliões de quilogramas presentes nos oceanos terrestres. A confirmar-se, o núcleo seria o maior reservatório de hidrogénio da Terra.

Nunca poderemos explorar esse depósito, mas estimar a quantidade de hidrogénio nele aprisionada ajuda os cientistas a compreender a história da formação do nosso planeta, a origem do seu campo magnético e de onde veio a sua água.

Com efeito, «uma quantidade destas exigiria que a Terra tivesse obtido a maior parte da sua água durante as principais fases da acreção terrestre, e não através de cometas numa fase tardia», escreve uma equipa liderada por Dongyang Huang, geocientista da Universidade de Pequim, na China.

Recriar o núcleo da Terra em laboratório

Como não conseguimos sequer chegar ao núcleo terrestre, muito menos penetrá-lo para recolher uma amostra, o que sabemos sobre a sua composição assenta em experiências laboratoriais, simulações e cálculos.

O trabalho de Huang e dos seus colegas está entre os mais robustos. Com uma célula de bigornas de diamante, os investigadores comprimiram uma pequena esfera de ferro envolvida em vidro de silicato hidratado, submetendo-a a pressões de até 111 gigapascais e aquecendo-a a cerca de 5.100 kelvins. No núcleo da Terra, o limite inferior da pressão ronda os 136 gigapascais e a temperatura situa-se aproximadamente entre 5.000 e 6.000 kelvins.

Embora a pressão atingida na experiência seja um pouco inferior à do núcleo, está suficientemente próxima para reproduzir de forma razoável o comportamento destes elementos num ambiente tão extremo.

Neste intervalo de temperaturas, a amostra liquefaz-se por completo, sem deixar material sólido, e os seus componentes misturam-se totalmente. Nessa mistura em agitação, o ferro, o silício, o oxigénio e o hidrogénio deslocam-se livremente, e o sistema comporta-se como se pensa que o núcleo fundido da Terra primitiva se comportava.

É o mais perto que os cientistas conseguem chegar de reproduzir uma amostra do núcleo em laboratório, apesar de a amostra obtida durar apenas pouco tempo.

Quanto hidrogénio existe no núcleo terrestre?

Os resultados revelaram que o hidrogénio se misturou facilmente com o ferro e, a partir daí, se ligou ao oxigénio e ao silício da mistura. Há milhares de milhões de anos, quando o núcleo do nosso planeta se estava a formar, o hidrogénio poderá ter ficado retido da mesma forma.

Sabe-se que o núcleo não é composto por ferro puro: a forma como reflete as ondas sísmicas indica que não é suficientemente denso para isso. Análises anteriores concluíram que o silício poderá representar entre 2 e 10 por cento do peso do núcleo.

Com base nessas estimativas e na forma como o hidrogénio se ligou ao silício na experiência com as bigornas, a equipa calculou que o hidrogénio corresponderia a 0,07 a 0,36 por cento da massa do núcleo.

Isso equivale a entre 9 e 45 vezes a quantidade de hidrogénio existente em toda a água dos oceanos terrestres: um total de 1,35 a 6,75 mil triliões de quilogramas do elemento.

A origem da água da Terra

Há muito que os cientistas suspeitam que o núcleo terrestre acumula hidrogénio, mas tem sido difícil determinar quanto. O estudo sugere que, embora a Terra pareça pobre em hidrogénio à superfície, aquele que conseguimos observar poderá representar apenas uma pequena parte do total existente no planeta.

Saber quanto hidrogénio está retido no núcleo ajuda os investigadores a reconstruir a origem da água da Terra e a perceber como foi armazenada e reciclada ao longo de milhares de milhões de anos. Se o hidrogénio e o oxigénio puderem entrar e sair do núcleo ao longo do tempo, a água poderá estar presente a muito maior profundidade no planeta do que os oceanos à superfície, por si só, sugerem.

Se este processo se revelar comum, outros planetas rochosos - incluindo os que parecem secos quando observados de longe - poderão também esconder água a grandes profundidades sob as suas superfícies.

A investigação foi publicada na Nature Communications.