Novo estudo revela uma rosquinha no núcleo da Terra no Equador

Uma “rosquinha” no núcleo da Terra perto do Equador

A cerca de 2.890 km abaixo dos nossos pés existe uma imensa esfera de metal líquido: o núcleo do nosso planeta. Cientistas como eu usam as ondas sísmicas geradas por sismos como se fosse um tipo de ultrassom para “ver” a forma e a estrutura desse núcleo.

Ao aplicar uma nova forma de analisar essas ondas, o meu colega Xiaolong Ma e eu chegámos a um resultado inesperado: há uma grande região do núcleo, em forma de rosquinha, que circunda o Equador. Ela tem algumas centenas de quilómetros de espessura e, dentro dela, as ondas sísmicas propagam-se cerca de 2% mais devagar do que no restante do núcleo.

A nossa interpretação é que essa faixa contém mais elementos leves, como silício e oxigénio, e que pode ter um papel decisivo nas correntes gigantes de metal líquido que atravessam o núcleo e geram o campo magnético da Terra. Os nossos resultados foram publicados hoje na Science Advances.

O “campo de ondas de correlação da coda”

A maior parte das investigações sobre as ondas sísmicas produzidas por sismos concentra-se nas primeiras e mais intensas frentes de onda, que percorrem o globo durante, aproximadamente, a primeira hora após o abalo.

Nós percebemos que havia informação nova na parte posterior e mais fraca dessas ondas, chamada coda - a secção que, numa peça musical, conduz ao final. Em especial, analisámos o quanto as codas registadas por diferentes estações sísmicas eram semelhantes, várias horas depois de começarem.

Em termos matemáticos, essa semelhança é quantificada por uma medida chamada correlação. Em conjunto, passámos a chamar essas semelhanças nas porções tardias das ondas sísmicas de “campo de ondas de correlação da coda”.

Ao examinar o campo de ondas de correlação da coda, identificámos sinais muito pequenos, originados em múltiplas ondas a reverberar, que de outra forma não seriam visíveis. Ao reconstruir os caminhos percorridos por essas reverberações e alinhá-los com os sinais no campo de ondas de correlação da coda, estimámos quanto tempo elas levaram para atravessar o planeta.

Comparação entre polos e Equador no núcleo externo

Depois, contrastámos o que aparecia em estações sísmicas mais próximas dos polos com o que surgia em estações mais perto do Equador. No balanço geral, as ondas observadas em latitudes altas indicavam velocidades maiores do que as registadas em latitudes equatoriais.

Testámos diversos modelos computacionais e simulações para verificar que condições no núcleo poderiam produzir esse padrão. No fim, a explicação compatível era a existência de um toro - uma região em forma de rosquinha - no núcleo externo, em torno do Equador, onde as ondas se deslocam de forma mais lenta.

Os sismólogos ainda não tinham identificado essa região. No entanto, o uso do campo de ondas de correlação da coda permite “ver” o núcleo externo com mais detalhe e de maneira mais homogénea.

Trabalhos anteriores tinham concluído que as ondas ficavam mais lentas em toda a volta do “tecto” do núcleo externo. O que demonstramos neste estudo, porém, é que a área de baixa velocidade se concentra apenas nas proximidades 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. Ele é composto principalmente por ferro e níquel, com pequenas quantidades de elementos mais leves, como silício, oxigénio, enxofre, hidrogénio e carbono.

A base do núcleo externo é mais quente do que o topo, e essa diferença de temperatura faz o metal líquido movimentar-se como a água numa panela a ferver no fogão. Esse mecanismo chama-se convecção térmica e, em princípio, o movimento constante deveria deixar todo o material do núcleo externo bem misturado e relativamente uniforme.

Mas, se a composição do núcleo externo fosse a mesma em toda a parte, as ondas sísmicas também deveriam viajar praticamente à mesma velocidade em qualquer região. Então, por que elas desaceleram na zona em forma de rosquinha que encontrámos?

A nossa hipótese é que, nessa faixa, exista uma concentração maior de elementos leves. Esses elementos podem ser libertados do núcleo interno sólido para o núcleo externo e, por serem mais flutuantes, intensificar a convecção.

Por que os elementos leves se acumulam mais na rosquinha equatorial? Cientistas sugerem que isso pode ser explicado se, nessa região, houver maior transferência de calor do núcleo externo para o manto rochoso acima dele.

Além disso, há outro processo de 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, orientados no sentido norte–sul, como trombas d’água gigantes.

O movimento turbulento do metal líquido nesses vórtices alimenta o “geodínamo”, responsável por gerar e sustentar o campo magnético da Terra. Esse campo magnético protege o planeta do vento solar e da radiação nociva, o que torna possível a vida na superfície.

Uma visão mais detalhada da composição do núcleo externo - incluindo a rosquinha recém-identificada de elementos leves - ajudará a compreender melhor o campo magnético da Terra. Em particular, entender como o campo muda de intensidade e de direção ao longo do tempo é crucial para a vida na Terra e para avaliar a potencial habitabilidade de planetas e exoplanetas.

Hrvoje Tkalčić, Professor, Chefe de Geofísica, Diretor do Arranjo Warramunga, Universidade Nacional da Austrália

Este artigo foi republicado do The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.