Do lado de fora, a Terra não parece ter grande coisa no que toca ao hidrogénio… mas isso não significa que o nosso planeta seja pobre no elemento mais abundante do Universo. Na forma mais óbvia, ele está à vista de todos: ligado ao oxigénio, constitui a água.
Ainda assim, um novo estudo aponta para um cenário bem mais surpreendente: poderão existir quantidades enormes de hidrogénio “escondidas” no núcleo da Terra, incorporadas na liga de ferro altamente compactada que domina o seu interior.
Hidrogénio no núcleo da Terra: um reservatório maior do que os oceanos
Em que escala? Até 45 vezes mais do que os cerca de 150 quintiliões de quilogramas de hidrogénio contidos nos oceanos terrestres. A confirmar-se, o núcleo passaria a ser o maior reservatório de hidrogénio do planeta.
Não é, claro, um reservatório ao qual possamos algum dia aceder. Porém, estimar quanto hidrogénio ficou aprisionado no núcleo ajuda a esclarecer peças essenciais da história do planeta: como a Terra se formou, como mantém o seu campo magnético e, sobretudo, de onde veio a água.
De facto, “uma quantidade deste calibre exigiria que a Terra tivesse obtido a maior parte da sua água durante as principais etapas da acreção terrestre, em vez de a receber através de cometas numa fase tardia de adição”, escreve a equipa liderada pelo geocientista Dongyang Huang, da Universidade de Pequim, na China.
Como se estuda o núcleo sem o poder amostrar
Como é impossível chegar ao núcleo da Terra - quanto mais perfurá-lo para recolher material - o que sabemos sobre a sua composição provém de experiências laboratoriais, simulações e modelos de cálculo.
O trabalho de Huang e colaboradores destaca-se pela robustez do método. Recorreu-se a uma célula de bigorna de diamante para comprimir uma pequena esfera de ferro, encapsulada num vidro de silicato hidratado, até pressões de 111 gigapascais, enquanto era aquecida a cerca de 5100 kelvin. Para comparação, a pressão mínima no núcleo terrestre ronda os 136 gigapascais, e a temperatura situa-se aproximadamente entre 5000 e 6000 kelvin.
Embora a pressão alcançada em laboratório fique um pouco abaixo da do núcleo, a proximidade é suficiente para reproduzir, de forma credível, o comportamento dos elementos num ambiente tão extremo.
O que acontece à mistura: ferro, silício, oxigénio e hidrogénio
Dentro deste intervalo de temperaturas, a amostra liquefaz-se por completo, sem remanescentes sólidos; os componentes ficam intensamente misturados. Nessa “sopa” em agitação, ferro, silício, oxigénio e hidrogénio circulam livremente, e o sistema comporta-se de modo consistente com aquilo que se espera de um núcleo primitivo da Terra quando ainda estava fundido.
É, na prática, o mais perto que a ciência consegue chegar de produzir um análogo de amostra do núcleo num laboratório - mesmo que a janela de estabilidade desse estado seja breve.
Os resultados mostraram que o hidrogénio se mistura com facilidade no ferro e, a partir daí, estabelece ligações com o oxigénio e o silício presentes. Assim, durante a formação do núcleo há milhares de milhões de anos, o hidrogénio poderá ter ficado sequestrado no interior do planeta por um mecanismo semelhante.
Quanto hidrogénio pode estar preso no núcleo
Há muito que se sabe que o núcleo não é composto por ferro “puro”. A forma como as ondas sísmicas se propagam e se reflectem sugere uma densidade ligeiramente inferior à esperada, o que implica a presença de elementos mais leves. Análises anteriores indicaram que entre 2% e 10% da massa do núcleo poderá ser silício.
Com base nesses valores e no modo como o hidrogénio se ligou ao silício na experiência com bigorna, a equipa estimou que 0,07% a 0,36% da massa do núcleo seria hidrogénio.
Isto equivale a 9 a 45 vezes o hidrogénio contido em toda a água dos oceanos - no total, cerca de 1,35 a 6,75 sextiliões de quilogramas do elemento.
Porque isto importa para a origem da água e para planetas rochosos “secos”
Os cientistas suspeitam há décadas que o núcleo terrestre acumula hidrogénio, mas quantificar essa reserva tem sido particularmente difícil. Este trabalho reforça a ideia de que, apesar de a Terra parecer pobre em hidrogénio quando observada à superfície, o hidrogénio visível poderá ser apenas uma fracção pequena do inventário total do planeta.
Compreender quanto hidrogénio está aprisionado no núcleo ajuda a reconstituir a origem da água terrestre e a forma como ela foi armazenada e reciclada ao longo de milhares de milhões de anos. Se hidrogénio e oxigénio conseguirem entrar e sair do núcleo com o tempo, então a água pode estar muito mais profundamente integrada na dinâmica interna do planeta do que os oceanos superficiais sugerem.
Há ainda uma implicação adicional para a evolução interna: a presença e o movimento de elementos leves no núcleo influenciam a convecção e, por extensão, a manutenção do campo magnético gerado pelo geodínamo. Mesmo pequenas variações na composição podem alterar como o núcleo perde calor, como se estratifica e como interage com o manto acima.
Se este tipo de incorporação de hidrogénio for comum, abre-se também um cenário interessante para outros mundos: planetas rochosos que parecem áridos à distância podem, afinal, albergar água “invisível” a grande profundidade, armazenada sob a forma de hidrogénio ligado em ligas metálicas e minerais - com consequências para a sua história geológica e, potencialmente, para a habitabilidade a longo prazo.
A investigação foi publicada na Nature Communications.
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