“Se alguma vez deixar cair as chaves num rio de lava derretida, deixe-as ir, porque, meu, elas desapareceram.” -Jack Handey
Dê uma vista de olhos ao nosso planeta natal, a Terra, e uma das coisas que vai notar é que mais de 70% da superfície está revestida de água.
Todos sabemos porque é que isto é, claro: é porque os oceanos da Terra flutuam sobre as rochas e a sujidade que compõem aquilo que conhecemos como terra.
Este conceito de flutuação e flutuação – onde os objectos menos densos sobem acima dos mais densos, que se afundam até ao fundo – faz muito mais do que apenas explicar os oceanos.
Este mesmo princípio explica porque flutua gelo na água, porque um balão de hélio sobe pela atmosfera ou porque as pedras se afundam no fundo de um lago, o último dos quais é que a água menos densa sobe ao redor da pedra. Este mesmo princípio – de flutuabilidade – também explica porque a Terra está em camadas como está.
A parte menos densa da Terra, a atmosfera, flutua sobre os oceanos aquáticos, que por sua vez flutuam sobre a crosta terrestre, que fica acima do manto mais denso, que por si só não pode afundar na secção mais densa da Terra: o núcleo.
De facto, o estado mais estável em que a Terra poderia estar é aquele que foi perfeitamente estratificado como uma cebola, com os elementos mais densos todos para o seu centro, com cada camada exterior progressivamente constituída por elementos menos densos. De facto, cada terramoto que ocorre na Terra é na realidade o planeta a aproximar-se um pequeno passo em direcção a esse estado ideal, à medida que a nossa taxa de rotação acelera ligeiramente na sequência de cada um.
E esta imagem do nosso mundo, estratificada por densidades com camadas menos densas em torno das progressivamente mais densas, internas, explica a estrutura não só da Terra, mas de todos os planetas. Tudo o que temos que fazer é lembrar de onde todos esses elementos vieram em primeiro lugar.
Quando o Universo era muito jovem – com apenas alguns minutos de idade – praticamente os únicos elementos que existiam eram o hidrogênio e o hélio. Todos os mais pesados eram feitos em estrelas, e foi somente quando essas estrelas morreram que esses elementos pesados foram reciclados de volta ao Universo, permitindo a formação de novas gerações de estrelas.
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Mas desta vez, uma mistura de todos estes novos elementos – não apenas hidrogénio e hélio, mas carbono, azoto, oxigénio, silício, magnésio, enxofre, ferro e muito mais – vai formar não só novas estrelas, mas também um disco protoplanetário à volta de cada uma dessas estrelas.
A pressão exterior da estrela recém-formada empurra preferencialmente os elementos mais leves para fora em direcção às partes exteriores do sistema solar, enquanto a gravidade provoca o colapso das instabilidades do disco e forma o que se tornará planetas.
No caso do nosso Sistema Solar, os quatro mundos mais interiores são os quatro planetas mais densos do nosso Sistema Solar, sendo Mercúrio composto pelos elementos mais densos. Todos estes quatro não foram capazes de se agarrar gravemente às grandes quantidades de hidrogénio e hélio com que se formaram, evitando que se tornassem gigantes gasosos como os outros quatro planetas do nosso Sistema Solar.>
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Mas os planetas exteriores, sendo mais maciços e mais afastados do Sol (e portanto recebendo menos radiação), conseguiram agarrar-se a grandes quantidades destes elementos ultra-leves, e formaram gigantes gasosos.
Cada um destes mundos, tal como a Terra, tem – globalmente – os elementos mais densos concentrados no núcleo, com os mais leves a formarem progressivamente menos e menos densas camadas à sua volta.
Não deve ser grande surpresa que o ferro, o elemento mais estável e o elemento mais pesado feito em grande abundância fora das supernovas, seja o elemento mais abundante no núcleo da Terra. Mas pode surpreendê-lo saber que, entre o núcleo interior sólido e o manto sólido, encontra-se uma camada líquida com mais de 2.000 quilómetros de espessura: o núcleo exterior da Terra.
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Tal como a chiclete nojenta que a tua avó costumava carregar, a Terra tem uma enorme camada líquida dentro dela, contendo 30 por cento da massa do nosso planeta! A forma como sabemos que o núcleo exterior é líquido é bastante brilhante: das ondas sísmicas produzidas pelos terramotos!
Existem dois tipos diferentes de ondas sísmicas produzidas em terremotos: a onda de compressão primária, conhecida como a onda P, que funciona como um pulso através de um slinky,
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e a onda de cisalhamento secundária, conhecida como a Onda S, que se propaga como ondas na superfície do mar.
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As duas ondas viajam numa concha esférica para fora do seu ponto de origem na Terra, atingindo e ondulando não só a superfície perto do seu epicentro, mas por todo o mundo! As estações de monitoramento sísmico em todo o mundo estão equipadas para captar as ondas P e S, mas as ondas S não viajam através do líquido (elas são atenuadas, no entanto), enquanto as ondas P não só viajam através do líquido, elas são refratadas!
Como resultado disto, podemos aprender que a Terra tem um núcleo exterior líquido, um sólido manto exterior a isso, e um sólido núcleo interior a isso! Então é assim que a Terra tem os elementos mais pesados e densos no seu núcleo, e como sabemos que o seu núcleo exterior é uma camada líquida.
Mas porque é que o núcleo exterior é líquido? Como todos os elementos, se o ferro é sólido, líquido, gás ou “outro” depende tanto da pressão como da temperatura do ferro.
Iron, no entanto, é muito mais complicado do que muitos elementos a que pode estar habituado. Claro, ele pode assumir uma variedade de fases sólidas cristalinas, como mostrado acima, mas não estamos interessados nestas pressões normais, mostradas nos diagramas acima. Vamos até ao núcleo da Terra, onde a pressão não é apenas algumas vezes (ou mesmo algumas centenas de vezes) a pressão atmosférica a que estamos habituados, mas sim milhões de vezes o que é ao nível do mar. Como é o diagrama de fases para pressões excessivas como essa?
O maravilhoso da ciência é que mesmo quando não se sabe a resposta do topo da cabeça, é provável que alguém tenha feito a pesquisa onde se pode encontrar a resposta! Neste caso, Ahrens, Collins e Chen, 2001 têm a resposta que procuramos!
Embora este diagrama mostre pressões tremendas – até 120 GigaPascals – é importante lembrar que nossa atmosfera tem apenas 0,0001 GigaPascals, enquanto o núcleo interno experimenta pressões estimadas de 330-360 Gpa! A linha mais sólida representa a fronteira entre o ferro fundido (acima da linha) e o ferro sólido (abaixo dela). Mas repare como, mesmo no limite da linha sólida, é preciso uma curva acentuada para cima?
A 330 GigaPascals, é preciso uma temperatura tremenda, algo comparável às encontradas na superfície do Sol, para derreter o ferro. Essas mesmas temperaturas, no entanto, a pressões mais baixas, irão facilmente manter o ferro na sua fase líquida, enquanto que a pressões mais elevadas irão ver o ferro formar um sólido. O que isso significa para o núcleo da Terra?
A temperatura mais alta – no centro da Terra – que o nosso planeta atinge é um pouco abaixo de 6.000 Kelvin, enquanto a temperatura de fusão do ferro no limite do núcleo interior/no limite do núcleo exterior é mais recentemente estimada em torno desse valor também.
Mas aqui está o pontapé de saída: a Terra arrefece com o tempo, uma vez que o seu calor é irradiado para o espaço exterior mais rapidamente do que gera o seu próprio calor a partir da decadência radioactiva. Dentro da Terra, sua temperatura interior cai, enquanto sua pressão permanece constante.
Em outras palavras, quando a Terra se formou pela primeira vez, estava mais quente; é muito provável que todo o núcleo já foi líquido, e à medida que continua a arrefecer, o núcleo interior continua a crescer! E como isto acontece, porque o ferro sólido tem uma densidade superior à do ferro líquido, a Terra vai contrair-se ligeiramente, necessitando o quê?
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Mais terramotos!
Então o núcleo da Terra é líquido porque é suficientemente quente para derreter ferro, mas apenas em locais onde a pressão é suficientemente baixa. À medida que a Terra continua a envelhecer e a arrefecer, mais e mais do núcleo se torna sólido, e quando o faz, a Terra encolhe um pouco!
Se quisermos olhar para o futuro, podemos esperar adquirir características como as grandes escarpas encontradas em Mercúrio!
Por ser tão pequeno, Mercúrio já arrefeceu e contraiu uma quantidade tremenda, e tem fendas de cem milhas de comprimento de onde foi forçado a contrair-se devido a este arrefecimento!
Então, em última análise, porque é que a Terra tem um núcleo líquido? Porque ainda não acabou de arrefecer! E cada terramoto que sentes é a Terra a aproximar-se um pouco mais do seu estado final, arrefecido e sólido!
(Não te preocupes, porém, o Sol vai explodir e tu e todos os que conheces estarão mortos durante muito tempo antes que isso aconteça!)
