Campo magnético da Terra pode vir de vazamento de conteúdo do núcleo

A Terra é protegida por um campo magnético que impede que partículas espaciais perigosas com alta concentração energética a atinjam — e isso inclui elementos que se desprendem do Sol. Essa característica é essencial para que este mundo em que vivemos seja habitável.

A fonte desse campo magnético está no centro da Terra. Essa região, entretanto, é muito difícil de estudar, especialmente pelo local em que se encontra: ela começa a uma profundidade de 2.900Km, o que torna inviável a obtenção de amostras e a investigação direta.

Para facilitar esse processo, um grupo de pesquisadores desenvolveu um método para conseguir esses dados — e publicou os resultados na Geochemical Perspective Letters. Segundo o levantamento, a parte externa do núcleo da Terra atinge temperaturas superiores a 5.000℃. Isso afeta o manto terrestre: estima-se que 50% do calor dos vulcões vem daí.

A atividade vulcânica é o principal mecanismo de resfriamento do planeta. É provável que a formação de ilhas vulcânicas do Havaí e da Islândia esteja relacionada ao núcleo graças à pluma mantélica (o fenômeno geológico de ascensão de fluxo térmico), que transfere calor do centro à superfície do planeta.

Há décadas discute-se se há troca física de materiais entre o núcleo e o manto. As descobertas dos cientistas sugerem que, sim, parte desse conteúdo é transferida para o manto — e, o mais impressionante, isso acontece há 2,5 bilhões de anos.

Isso ficou claro ao observar pequenas variações nas relações dos isótopos de tungstênio (isótopos são versões do mesmo elemento que contêm diferentes quantidades de nêutrons). Para estudar o núcleo da Terra, é preciso encontrar marcadores químicos do conteúdo nuclear em rochas vulcânicas vindas da parte profunda do manto.

O núcleo tem uma química muito própria, em que prevalecem o ferro e o níquel, além de tungstênio, platina e ouro — que se fundem à liga de ferro-níquel. Então, os elementos propensos a participar de ligas metálicas (ou seja, altamente reativos) podem ser usados para investigar as partículas do núcleo da Terra.

A procura por isótopos de tungstênio

O tungstênio (W) tem 74 prótons. Existem vários isótopos dele, como o ¹⁸²W (com 108 nêutrons) e o ¹⁸⁴W (com 110 nêutrons). Eles têm potencial de ser marcadores conclusivos do material nuclear, já que o manto deve ter taxas muito mais altas de ¹⁸²W/¹⁸⁴W que o núcleo.

Isso ocorre porque outro elemento, o Háfnio (Hf), que não se funde à liga ferro-níquel e é enriquecido no manto, tinha o isótopo ¹⁸²Hf. Esse isótopo foi extinto e se decompôs em ¹⁸²W. Com isso, o manto acabou ainda mais recheado de ¹⁸²W.

A análise que detecta as variações nos isótopos de tungstênio, entretanto, é extremamente difícil: afinal, é preciso avaliar variações na relação entre ¹⁸²W/¹⁸⁴W em frações de milhão e a concentração do elemento nas rochas é baixíssima, da ordem de partes por bilhão. Por isso, há menos de cinco laboratórios no mundo capazes de fazer esse exame.

Evidência de vazamento

Os estudos da equipe mostram que houve uma grande mudança na proporção de ¹⁸²W/¹⁸⁴W no manto no decorrer do tempo de vida da Terra. As taxas de ¹⁸²W/¹⁸⁴W são maiores em rochas mais antigas do que nas atuais. Isso indica que há tungstênio vazando do núcleo no manto há muito tempo.

Curiosamente, durante 1,8 bilhão de anos, não houve mudança significativa nos isótopos de tungstênio do manto — o que fica claro nas rochas vulcânicas mais antigas. Isso indica que de 4,3 bilhões a 2,7 bilhões de anos atrás pouco ou nenhum material nuclear foi transferido para a região superior do manto.

Nos 2,5 bilhões de anos seguintes, entretanto, a composição dos isótopos de tungstênio do manto mudou significativamente. Pode-se inferir, então, que mudanças nas placas tectônicas há 2,6 bilhões de anos desencadearam correntes convectivas suficientemente grandes para mudar os isótopos de tungstênio de todas as rochas modernas.

Se as plumas mantélicas estão subindo área de contato entre o núcleo e o manto, os materiais da superfície da Terra devem descer para a área mais profunda do manto. Esse movimento se chama subducção e leva conteúdo rico em oxigênio da superfície até o manto profundo como componente integral das placas tectônicas.

Alguns experimentos mostram que o aumento na concentração de oxigênio na área de contato entre o manto e o núcleo pode fazer o tungstênio sair do centro da Terra e ir para o manto. Por outro lado, a solidificação da parte nuclear mais interna pode aumentar a concentração de oxigênio da área externa. Isso ajuda a entender a evolução do centro do planeta e até mesmo a origem de seu campo magnético.

Isso porque o núcleo da Terra era, inicialmente, composto de metal completamente líquido. Com o tempo, esse material foi resfriado e se solidificou parcialmente. O campo magnético é produzido pela rotação do núcleo sólido mais interno.

Essa metodologia pode ser usada para investigar a interação entre o manto e o núcleo, bem como as mudanças na dinâmica interna do planeta. E isso pode, no fim, ajudar no entendimento de como e quando o campo magnético terrestre entrou em funcionamento.