As condições hiper-estressadas no núcleo externo da Terra foram recriadas no laboratório

Milhares de quilômetros abaixo da superfície da Terra, sob pressões e temperaturas extremas, o núcleo do planeta pode ser encontrado. Existe um núcleo interno que consiste em uma esfera sólida de níquel-ferro que gira superfluamente dentro do núcleo externo, onde o ferro e o níquel são líquidos.

As condições desse núcleo externo já foram recriadas em laboratório, por uma equipe liderada pelo físico Sebastian Merkel, da Universidade de Lille, na França – de tal forma que os cientistas puderam observar a deformação estrutural do ferro.

Isso não só tem implicações para a compreensão do nosso planeta, mas pode nos ajudar a entender melhor o que acontece quando pedaços de ferro colidem no espaço.

“Não criamos condições substantivas inteiramente internamente”, A física Arianna Gleeson disse: Do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC do Departamento de Energia dos EUA. “Mas nós alcançamos as condições do núcleo externo do planeta, o que é muito legal”.

Em condições normais da Terra, a estrutura cristalina do ferro é A treliça de cubo. Os átomos são organizados em uma grade, com átomos no canto de cada cubo e um no centro. Quando o ferro é comprimido sob pressões extremamente altas, esta estrutura muda de forma e se deforma para um estrutura hexagonal. Isso permite que mais átomos sejam empacotados no mesmo volume de espaço.

Mas é difícil dizer o que está acontecendo mesmo em pressões e temperaturas mais altas – como aquelas no núcleo da Terra. No entanto, nos últimos anos, a tecnologia do laser avançou a tal ponto que, em ambientes de laboratório, pequenas amostras podem ser expostas a condições extremas, como as pressões e temperaturas encontradas em estrelas anãs brancas.

A equipe do SLAC implantou dois lasers. O primeiro é um laser óptico, que dispara uma amostra microscópica de ferro e a expõe a um choque que cria pressão e calor extremos.

As pressões do núcleo externo da Terra variam de 135 a 330 gigapascais (1,3 a 3,3 milhões de atmosferas) e temperaturas entre 4.000 e 5.000 K (3727 a 4727 ° C, ou 6.740 a 8.540 ° F). Pressão e temperaturas de até 4.070 K .

A próxima parte, e provavelmente a mais difícil, foi medir a estrutura atômica do ferro durante esse processo. Para isso, a equipe usou o laser Linac Coherent Light Source (LCLS) sem raios-X, que examinou a amostra enquanto disparava a luz do laser.

“Fomos capazes de fazer uma medição em um bilionésimo de segundo”, Gleeson disse. “Congelar átomos onde eles estão nesses nanossegundos é realmente excitante.”

As imagens resultantes, agrupadas em uma sequência, revelaram que o ferro responde ao estresse adicional causado por essas condições pela geminação. Isso ocorre quando a rede cristalina se torna tão compacta que alguns pontos da rede são compartilhados por vários cristais de maneira simétrica.

(S. Merkel / Universidade de Lille, França)

Para o ferro nas condições do núcleo externo da Terra, isso significa que o arranjo atômico é empurrado para que os hexágonos girem cerca de 90 graus. Esse mecanismo permite que o metal resista às pontas, disseram os pesquisadores.

“A geminação permite que o ferro seja incrivelmente forte – mais forte do que pensávamos inicialmente – antes de começar a fluir plasticamente em escalas de tempo muito mais longas,” Gleeson disse.

Agora que sabemos como o ferro se comporta nessas condições, essas informações podem ser incorporadas em modelos e simulações. Isso tem implicações importantes para a maneira como entendemos a colisão espacial, por exemplo. O núcleo da Terra está organizado de maneira organizada dentro de um planeta, mas existem asteróides tão metálicos que pensamos serem os núcleos expostos e nus de planetas que interrompem sua formação.

Esses objetos podem colidir com outros objetos que podem deformar a estrutura de ferro neles. Agora temos uma ideia melhor de como isso acontece. E, claro, agora sabemos mais sobre nosso planeta.

“O futuro é brilhante agora que desenvolvemos uma maneira de fazer essas medições,” Gleeson disse.

“Agora podemos aprovar e aprovar alguns modelos físicos realmente básicos de mecanismos de deformação. Isso ajuda a construir um pouco do poder preditivo que nos falta para modelar como os materiais respondem em condições extremas.”

A pesquisa foi publicada em mensagens de revisão física.