Modelagem sugere que o núcleo interno da Terra pode conter grandes quantidades de hidrogênio superiônico, influenciando sua composição
O núcleo interno da Terra pode abrigar uma forma incomum de hidrogênio encontrada apenas sob condições extremas de temperatura e pressão, segundo um estudo recente. A pesquisa utilizou modelos para investigar como esse material se comporta no interior do planeta e como ele pode estar distribuído entre as diferentes camadas do núcleo.
Os resultados, publicados na revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), indicam que o chamado hidrogênio superiônico pode ser muito mais comum no centro da Terra do que se imaginava. Além de ajudar a compreender a composição do núcleo, a descoberta pode contribuir para explicar processos relacionados à sua evolução e à dinâmica entre o núcleo interno e o externo.
O que é o hidrogênio superiônico?
À medida que se avança em direção ao centro da Terra, a composição dos materiais muda, enquanto a pressão e a temperatura aumentam drasticamente. Nesse ambiente extremo, os pesquisadores concentraram a investigação no hidrogênio superiônico, uma forma exótica do elemento que apresenta comportamento semelhante ao de um líquido, conduz eletricidade e só pode existir em condições muito específicas.
Para entender melhor suas propriedades, a equipe modelou três cenários diferentes envolvendo esse material. Dois deles analisaram ligas superiônicas de ferro e hidrogênio, nas quais o hidrogênio se movimenta através de estruturas cristalinas de ferro organizadas de maneiras distintas.
Estruturas avaliadas no estudo
Os pesquisadores compararam duas configurações cristalinas principais. A primeira foi a estrutura hexagonal compacta (HCP). A segunda foi a estrutura cúbica de corpo centrado (BCC).
Os cálculos mostraram que a fase BCC apresenta maior energia livre, tornando-se menos estável e mais reativa do que a fase HCP. Em contraste, a estrutura HCP demonstrou maior estabilidade termodinâmica, o que a torna a candidata mais provável para predominar no núcleo interno da Terra.
O estudo também identificou um cenário em que a fase BCC poderia se tornar mais estável: temperaturas superiores a 6.400 kelvin (cerca de 6.100 °C) combinadas com uma concentração de hidrogênio acima de 20%, sob uma pressão de aproximadamente 3,6 milhões de atmosferas.
Mesmo assim, os autores afirmam que essas condições provavelmente favoreceriam o derretimento dessa estrutura antes que ela pudesse predominar. Segundo os pesquisadores, seus cálculos mostram que o hidrogênio consegue estabilizar a fase superiônica BCC em temperaturas e concentrações suficientemente elevadas, mas essa região de estabilidade é superada pelo processo de fusão, fazendo com que apenas a fase superiônica HCP coexistisse com o líquido no sistema formado por ferro e hidrogênio.
Gradiente de hidrogênio no núcleo interno
A modelagem também revelou um possível gradiente radial de hidrogênio dentro do núcleo interno. De acordo com os resultados, a concentração do elemento diminui de forma acentuada à medida que se atravessa a fronteira entre o núcleo externo e o interno em direção ao centro do planeta.
Esse gradiente pode impulsionar o hidrogênio superiônico para o limite do núcleo interno, onde ele deixa esse estado especial e volta a integrar uma mistura líquida, enriquecendo o núcleo externo.
Segundo os pesquisadores, isso sugere que a troca de hidrogênio entre as duas regiões do núcleo não ocorre apenas durante a cristalização do núcleo interno. O processo também aconteceria por meio de uma redistribuição contínua do hidrogênio superiônico, enquanto o núcleo interno continua crescendo a uma taxa estimada de 1 milímetro por ano.
O que isso pode revelar sobre o interior da Terra
Os autores afirmam que ambos os mecanismos podem contribuir para a chamada flutuabilidade química, considerada uma importante fonte de energia para o funcionamento do geodínamo.
Eles destacam ainda que compreender melhor as variações de densidade e as diferenças de materiais no núcleo interno exigirá considerar outros elementos leves, como oxigênio e carbono. Ainda assim, a pesquisa indica que a distribuição das diferentes formas de hidrogênio no núcleo parece ser controlada principalmente pela temperatura, e não pela pressão.
Na conclusão do estudo, os pesquisadores afirmam que a distribuição desigual do hidrogênio superiônico no núcleo interno é consequência direta da termodinâmica de equilíbrio. Segundo eles, o mesmo mecanismo pode influenciar também a distribuição de outros elementos leves, afetando a composição, a dinâmica e a evolução do núcleo terrestre.
Por: Ana Luiza Figueiredo
