Novidades sobre sismologia e o núcleo externo da Terra

Ecos sísmicos revelam um misterioso “donut” no interior do núcleo da Terra

 

 

Cerca de 2890 quilómetros abaixo dos nossos pés encontra-se uma gigantesca bola de metal líquido: o núcleo do nosso planeta. Cientistas usaram as ondas sísmicas criadas pelos terramotos como uma espécie de ultra-sons para “ver” a forma e a estrutura do núcleo - e descobriram um “donut”.

Uma equipa de cientistas da Australian National University, na Austrália, usou uma nova forma de estudar as ondas sísmicas criadas pelos terramotos para analisar a forma e a estrutura do núcleo da Terra, e fez uma descoberta surpreendente.

Esta análise permitiu aos investigadores fazer uma descoberta surpreendente: há uma grande região do núcleo em forma de “donut” à volta do Equador, com algumas centenas de quilómetros de espessura, onde as ondas sísmicas viajam cerca de 2% mais devagar do que no resto do núcleo.

Os resultados do estudo foram apresentados num artigo científico publicado recentemente na revista Science Advances.

“Pensamos que esta região contém mais elementos leves, como o silício e o oxigénio, e pode desempenhar um papel crucial nas vastas correntes de metal líquido que atravessam o núcleo e que geram o campo magnético da Terra”, explica um dos autores do estudo, Hrvoje Tkalčić, num artigo no The Conversation.

 

O “campo de ondas de correlação” de coda

Segundo Tkalčić, a maior parte dos estudos sobre as ondas sísmicas criadas pelos terramotos analisa as grandes frentes de onda iniciais que percorrem o mundo cerca de uma hora após o terramoto.

“Percebemos que poderíamos aprender algo de novo se observássemos a parte mais tardia e mais fraca destas ondas, conhecida como coda – a secção que termina uma peça de música”, explica o investigador. “Em particular, analisámos a semelhança entre as coda registadas em diferentes detetores sísmicos, várias horas após o seu início.

Em termos matemáticos, esta semelhança é medida por algo chamado correlação. Em conjunto, os cientistas chamam a estas semelhanças nas partes finais das ondas do terramoto o “campo de ondas de correlação de coda“.

Ao olhar para o campo de ondas de correlação de coda, os autores do estudo detetaram sinais minúsculos provenientes de múltiplas ondas reverberantes que, de outra forma, não teriam visto.

Ao compreender os caminhos que estas ondas reverberantes tomaram e ao compará-los com os sinais no campo de ondas de correlação de coda, calcularam o tempo que demoraram a viajar pelo planeta.

Depois, compararam o que tinham observado nos detetores sísmicos mais próximos dos polos com os resultados obtidos mais perto do Equador. Em geral, as ondas detetadas mais perto dos polos estavam a viajar mais depressa do que as que estavam perto do Equador.

“Experimentámos muitos modelos informáticos e simulações das condições no núcleo que poderiam criar estes resultados. No final, concluímos que deve existir um toro — uma região em forma de donut — no núcleo exterior à volta do Equador, onde as ondas viajam mais lentamente”, diz Tkalčić.

 

O núcleo da Terra, mostrando a vermelho o “donut” que contém mais elementos leves à volta do equador.

 

Os sismólogos nunca tinham detetado esta região. No entanto, a utilização do campo de ondas de correlação de coda permite “ver” o núcleo exterior com mais pormenor e de forma mais uniforme.

Estudos anteriores [estudo 1, estudo 2] concluíram que estas ondas se moviam mais lentamente em toda a parte à volta do “teto” do núcleo externo. No entanto, o novo estudo mostra que a região de baixa velocidade está apenas perto do Equador.

 

O núcleo externo e o geodínamo

O núcleo externo da Terra tem um raio de cerca de 3.480 km, o que o torna ligeiramente maior do que o planeta Marte. É constituído principalmente por ferro e níquel, com alguns vestígios de elementos mais leves como o silício, o oxigénio, o enxofre, o hidrogénio e o carbono.

A base do núcleo exterior é mais quente do que o topo, e a diferença de temperatura faz com que o metal líquido se mova como a água numa panela a ferver no fogão.

Este processo chama-se convecção térmica, e os cientistas consideram que o movimento constante deve significar que todo o material do núcleo externo está bem misturado e uniforme.

Mas se todo o núcleo externo está cheio do mesmo material, as ondas sísmicas também devem viajar à mesma velocidade em todo o lado. Mas então, porque é que estas ondas abrandam na região em forma de donut encontrada?

Os autores do estudo sugerem que deve haver uma maior concentração de elementos leves nesta região, que podem ser libertados do núcleo interno sólido da Terra para o núcleo externo, onde a sua flutuabilidade cria mais convecção.

Porque é que os elementos mais leves se acumulam mais na região equatorial do donut? Os cientistas pensam que isto pode ser explicado se, nesta região, for transferido mais calor do núcleo externo para o manto rochoso que se encontra por cima.

Há também outro processo à escala planetária a atuar no núcleo externo. A rotação da Terra e o pequeno núcleo interno sólido fazem com que o líquido do núcleo externo se organize em longos vórtices verticais que correm na direção norte-sul, como gigantescas trombas de água.

 

Uma secção transversal do núcleo da Terra, mostrando o “donut” que contém mais elementos leves em torno do equador

 

O movimento turbulento do metal líquido nestes vórtices cria o “geodínamo” responsável pela criação e manutenção do campo magnético da Terra. Este campo magnético protege o planeta do vento solar nocivo e da radiação, tornando possível a vida à superfície.

Uma visão mais pormenorizada da composição do núcleo exterior, incluindo o recém-descoberto “donut” de elementos mais leves, pode ajudar os cientistas a compreender melhor o campo magnético da Terra.

Em particular, a forma como o campo muda a sua intensidade e direção ao longo do tempo é crucial para a vida na Terra e para a potencial habitabilidade de planetas e exoplanetas.

 

in ZAP

Notícia que a resposta a uma pergunta que muitos alunos fazem sobre o núcleo terrestre...

Por que o núcleo da Terra é mais quente que a superfície do Sol, mas é sólido?

  

   

Apesar de ser mais quente do que a superfície do sol, o núcleo interno da Terra é sólido devido à imensa pressão exercida pelas sucessivas camadas superiores no interior do planeta.

O núcleo da Terra, uma esfera metálica com aproximadamente 2.400 quilómetros de largura, está sujeito a pressões de cerca de 350 gigapascais, equivalentes a mais de três milhões de vezes a pressão atmosférica ao nível do mar.

Esta colossal pressão é suficiente para converter uma mistura de ferro, níquel e outros elementos de líquido para sólido.

Os cientistas descobriram que a temperatura na superfície do núcleo interno da Terra é de 5.700 a 6.200 ºC.

O facto de o núcleo interno da Terra ser sólido pode parecer contraditório, uma vez que os materiais, a altas temperaturas, geralmente passam de estado sólido para líquido, e de líquido para gasoso.

No entanto, da mesma forma como a água ferve a temperaturas mais baixas em altitudes mais elevadas devido à redução da pressão do ar, a pressão aumentada pode elevar a temperatura à qual uma substância funde, explica o IFLS.

Os cientistas determinam a temperatura na fronteira do núcleo interno sólido e do núcleo externo líquido calculando a pressão nesse ponto e estimando quão quentes os metais do núcleo podem ser, mantendo-se ainda sólidos.

   

  

Devido à falta de medições diretas, estas estimativas variam, mas uma desvio de 10% é considerado insignificante ao lidar com condições tão extremas.

Além disso, especula-se que o núcleo interno está a expandir-se lentamente, porque o núcleo está gradualmente a arrefecer à medida que a concentração de elementos radioativos que o aquecem diminui, fazendo com que partes do núcleo externo solidifiquem.

No entanto, não é absolutamente certo que o núcleo interno seja verdadeiramente sólido, devido à semelhança na forma como as vibrações viajam através de sólidos e líquidos extremamente viscosos.

Alguns cientistas avançam a hipótese de que, se o núcleo interno for de facto um líquido altamente viscoso.

Essa viscosidade poderia contribuir para o campo magnético do planeta e explicar por que motivo as ondas sísmicas demoram mais tempo a viajar, pelo interior da Terra, nas regiões equatoriais do que nas regiões polares.

 

in ZAP

Notícia sobre o núcleo terrestre...

 
Afinal, o núcleo interno da Terra não é tão sólido quanto se pensava

 

A Geofísica faz novas descobertas sobre o modelo interno da Terra

O núcleo interno da Terra tem por sua vez… um núcleo interno

Foi possível obter uma "ecografia" do centro da Terra graças à sismologia

Uma técnica que explora a reverberação das ondas sísmicas nas entranhas do nosso planeta permitiu “ver”, pela primeira vez, a estrutura do seu coração de ferro cristalizado e ardente.

O núcleo interno da Terra é essencialmente uma grande bola de ferro sólido cristalizado, situado a uns 5000 quilómetros debaixo da superfície terrestre. Com cerca de 2400 quilómetros de diâmetro, é mais pequeno do que a Lua – mas ao contrário do nosso satélite gélido e sem ar, aí a temperatura ronda os 5500 graus Celsius e a pressão é três milhões e meio de vezes superior à pressão atmosférica ao nível do mar. Ou seja, a não ser nos filmes e romances de ficção científica, é perfeitamente inacessível à observação directa.

Mas agora, uma equipa de cientistas dos EUA e da China conseguiu, graças a uma nova técnica de detecção das ondas provocadas por terramotos que fazem ricochete no interior do nosso planeta, “ver” como nunca antes fora possível até ao centro da Terra. Os seus resultados foram publicados na segunda-feira na revista Nature Geoscience.

A principal conclusão a que chegaram Xiaodong Song, geólogo da Universidade do Illinois (EUA), e os seus colegas Tao Wang e Han Xia, da Universidade de Nanjing (China), é que o núcleo interno da Terra contém, ele próprio, um núcleo interno.

Antes de mais, é preciso dizer que as ondas sísmicas não atravessam o núcleo da Terra à mesma velocidade em todas as direcções (em termos técnicos, diz-se que existe uma “anisotropia”). Ora, até aqui, “toda a gente partia do princípio de que o núcleo apresentava uma anisotropia norte-sul”, disse Xiaodong Song ao PÚBLICO num email – com as ondas sísmicas a viajar mais depressa na direcção paralela ao eixo de rotação da Terra do que nas outras direcções.

Contudo, já existiam indícios de que isso poderia não ser válido para todo o núcleo. “A existência de um núcleo interno dentro do núcleo interno da Terra já tinha sido proposta”, explica ainda o cientista – em particular por ele mesmo em 2008.

E de facto, o que os três co-autores mostraram agora é que, no interior do núcleo interno, a anisotropia muda radicalmente de direcção, com as ondas sísmicas a viajar mais depressa numa direcção quase este-oeste, ligeiramente inclinada relativamente ao equador da Terra. “Os nossos resultados são compatíveis com uma anisotropia na parte mais interna do núcleo interno cujo eixo rápido está próximo do plano [da Terra] que atravessa a América Central e o Sudeste asiático”, escrevem os autores no seu artigo.

Para obter os resultados, “utilizámos um tipo de observações totalmente diferente, correlacionando dados sísmicos pela primeira vez”, salienta Xiaodong Song. Mais precisamente: dados recolhidos, entre 1992 e 2012, por uma rede global de sismógrafos. Mas em vez de analisar os dados de cada sismo no início, olharam para as ondas sísmicas que reverberam no interior da Terra na sequência dos tremores de terra, explica em comunicado a Universidade do Illinois.

Os cientistas puderam assim confirmar que, efectivamente, o núcleo é composto por duas “camadas” de ferro sólido cujas “texturas” (pense-se nos veios de um pedaço de madeira) estão alinhadas em direcções perpendiculares entre si. “Conseguimos ‘ver’ mesmo até ao centro da Terra”, diz-nos Xiaodong Song. O diâmetro do interior do núcleo interno tem cerca de metade do diâmetro total do núcleo interno.

Mas esta não é a única novidade. É que, se os cristais de ferro dos núcleos interior e exterior da Terra estão alinhados de forma diferente, isso poderá significar que são feitos de materiais diferentes – isto é, de formas cristalinas diferentes do ferro.

“Não sabemos ao certo, mas os resultados parecem de facto sugerir que o interior e o exterior do núcleo interno são feitos de tipos diferentes de cristais de ferro”, frisa o investigador. “Mas vamos ter de fazer medições e cálculos mais precisos para o confirmar.”

“O núcleo interior é pequeno e remoto – e o seu interior, no centro mesmo da Terra, ainda mais. Esperamos que esta nova tecnologia nos forneça um conjunto de novas ‘amostras’ que até aqui não era possível obter. A ideia é obtermos imagens mais nítidas da estrutura, que nos permitam perceber a evolução do núcleo interno e as suas interacções com o campo magnético da Terra, gerado no núcleo externo (e líquido) – e talvez, até, os fenómenos de convecção no manto terrestre (sólido).”

E conclui: “Sabemos pouca coisa sobre o interior profundo da Terra – e esperamos conseguir desvendar os seus mistérios para perceber não só a estrutura actual do planeta, mas também a sua história”.

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Notícia no Público sobre o núcleo terrestre

Estudo publicado na revista “Nature Geoscience”

Núcleo da Terra gira mais devagar do que se pensava

Uma equipa de geofísicos descobriu que o núcleo da Terra gira muito mais devagar do que se pensava, afectando o nosso campo magnético, segundo um artigo publicado na revista “Nature Geoscience”.

Investigações anteriores mostraram que o núcleo da Terra girava mais depressa do que o resto do planeta. Agora, cientistas do Departamento de Ciências da Terra da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, descobriram que as estimativas anteriores de 1 grau "de avanço" por ano (em relação ao resto do planeta) são imprecisas. Na verdade, dizem, o núcleo gira muito mais devagar - o avanço acumulado será de aproximadamente 1 grau a cada milhão de anos.

O núcleo interno cresce muito devagar ao longo do tempo, através da solidificação do fluído das camadas externas que se acumula à sua superfície. Durante este processo, uma diferença na velocidade nos hemisférios Este-Oeste do núcleo fica registada na sua estrutura . “Uma rotação mais rápida seria incompatível com a estrutura dos hemisférios que observámos no núcleo interno”, explicou Lauren Waszek, autor do estudo, em comunicado. “O nosso estudo é o primeiro em que os hemisférios e a rotação são compatíveis”, acrescentou.

Para obter estes resultados, os cientistas utilizaram ondas sísmicas que atravessaram o núcleo interno do planeta, 5200 quilómetros abaixo da superfície da Terra, e compararam-nas com o tempo de viagem das ondas reflectidas na superfície do núcleo.

Apesar de o núcleo interno do planeta estar a 5200 quilómetros abaixo dos nossos pés, o efeito da sua presença é especialmente importante à superfície. À medida que o núcleo interno cresce, o calor que liberta durante a solidificação conduz a convecção do fluído nas camadas externas do núcleo. Estes fluxos de calor dão origem aos campos magnéticos que protegem a superfície terrestre da radiação solar e sem os quais não haveria vida na Terra.

Lauren Waszek acredita que os resultados da sua investigação trazem uma perspectiva adicional para compreender a evolução do nosso campo magnético.

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