Do lado de fora, a Terra não parece ter grande coisa acontecendo no departamento do hidrogênio - mas isso não significa que o planeta seja realmente pobre no elemento mais abundante do Universo. Ligado ao oxigênio, ele está bem à vista na forma de água.
Um novo estudo, porém, sugere que enormes quantidades de hidrogênio podem estar aprisionadas no núcleo da Terra, associadas à liga de ferro extremamente compactada que existe nessa região profunda.
Núcleo da Terra e hidrogênio: um reservatório escondido
Quanto hidrogênio seria isso? Até 45 vezes mais do que os cerca de 150 quintilhões de quilogramas de hidrogênio presentes nos oceanos terrestres. Se esses valores estiverem corretos, o núcleo passaria a ser o maior reservatório de hidrogênio do planeta.
É evidente que não se trata de um estoque que algum dia conseguiremos explorar. Ainda assim, estimar quanto hidrogênio está preso no núcleo ajuda a esclarecer a história de formação do nosso mundo, como ele sustenta o campo magnético e, de quebra, de onde veio - afinal - a água da Terra.
De fato, “uma quantidade assim exigiria que a Terra obtivesse a maior parte de sua água nas principais etapas da acreção terrestre, em vez de por meio de cometas durante uma adição tardia”, escreve a equipa liderada pelo geocientista Dongyang Huang, da Universidade de Pequim, na China.
Por que precisamos de laboratório, simulações e cálculos
Como é impossível chegar ao núcleo do planeta - e mais ainda atravessá-lo para recolher uma amostra - tudo o que se sabe sobre sua composição depende de uma combinação de experimentos laboratoriais, simulações e cálculos.
O trabalho de Huang e colegas está entre os mais rigorosos nesse tema. Os investigadores usaram uma célula de bigorna de diamante para comprimir uma pequena esfera de ferro, colocada dentro de um vidro de silicato hidratado, a pressões de até 111 gigapascais, enquanto aqueciam o conjunto a temperaturas em torno de 5.100 kelvins. Para comparação, a pressão mínima no núcleo da Terra é de aproximadamente 136 gigapascais, e a temperatura é estimada entre 5.000 e 6.000 kelvins.
Embora a pressão do experimento fique um pouco abaixo da do núcleo, ela chega suficientemente perto para reproduzir, de modo plausível, como esses elementos se comportam em condições tão extremas.
O que acontece quando tudo derrete: ferro, silício, oxigênio e hidrogênio
Dentro dessa faixa de temperatura, a amostra derrete por completo: não sobra material sólido, e os componentes ficam intensamente misturados. Nesse “caldo” agitado, ferro, silício, oxigênio e hidrogênio circulam livremente, e o sistema passa a comportar-se como se espera que tenha sido o núcleo primitivo da Terra quando ainda estava em estado fundido.
É, na prática, o mais perto que a ciência consegue chegar de reproduzir uma amostra do núcleo em laboratório - mesmo que o estado resultante exista por pouco tempo.
Os resultados indicaram que o hidrogênio se mistura com facilidade ao ferro e, a partir daí, também se liga ao oxigênio e ao silício presentes na mistura. Assim, quando o núcleo se formou, há bilhões de anos, o hidrogênio poderia ter sido sequestrado ali por um mecanismo semelhante.
Densidade, ondas sísmicas e a conta do hidrogênio no núcleo
Já se sabe que o núcleo não é feito de ferro puro: a forma como ele reflete ondas sísmicas sugere que sua densidade não é tão alta quanto seria se fosse somente ferro. Análises anteriores apontam que algo entre 2% e 10% do núcleo, em massa, pode ser silício.
A partir dessas estimativas e do modo como o hidrogênio se ligou ao silício no experimento com a bigorna, a equipa calculou que 0,07% a 0,36% da massa do núcleo seria composta por hidrogênio.
Em termos absolutos, isso equivale a algo entre 9 e 45 vezes a quantidade de hidrogênio contida em toda a água dos oceanos - um total de 1,35 a 6,75 sextilhões de quilogramas do elemento.
O que essa “reserva” significa para a origem da água e para planetas rochosos
Há muito tempo se suspeita que o núcleo da Terra “guarda” hidrogênio, mas quantificar esse conteúdo sempre foi difícil. O novo resultado reforça a ideia de que, embora o planeta pareça pobre em hidrogênio quando observado de fora, o hidrogênio visível pode ser apenas uma pequena fração do inventário total da Terra.
Saber quanto hidrogênio está incorporado ao núcleo também ajuda a reconstruir a origem da água e a entender como ela pode ter sido armazenada e reciclada ao longo de bilhões de anos. Se hidrogênio e oxigênio conseguirem migrar para dentro e para fora do núcleo com o tempo, então a água pode estar muito mais profundamente integrada ao planeta do que os oceanos superficiais, sozinhos, sugerem.
Além disso, a presença de elementos leves - como o hidrogênio - no núcleo pode influenciar propriedades físicas importantes, como a densidade, a dinâmica de mistura e a condução elétrica do material metálico. Esses factores, por sua vez, estão ligados ao funcionamento do geodínamo, o processo que sustenta o campo magnético terrestre ao longo do tempo.
Se esse tipo de aprisionamento de hidrogênio for comum na formação de mundos rochosos, a consequência é ampla: outros planetas sólidos - mesmo aqueles que parecem secos quando observados à distância - podem esconder água em profundidade, abaixo da superfície, sem exibir grandes sinais superficiais de oceanos.
A pesquisa foi publicada na revista Comunicações da Natureza.
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