Os átomos de ferro no núcleo interno da Terra estão em movimento – Physics World

Os átomos de ferro no núcleo interno da Terra estão em movimento – Physics World

Carimbo de data / hora: 29 de novembro de 2023 9h00

Gráfico mostrando grupos de átomos de ferro movendo-se rapidamente em um sistema modelo, mudando seu lugar na rede metálica enquanto mantém sua estrutura hexagonal geral
Um modelo de átomos de ferro em movimento no núcleo interno da Terra. O modelo demonstra como se espera que os átomos de ferro se movam no núcleo interno da Terra ao longo de 10 picossegundos, ou 10 trilionésimos de segundo. (Cortesia: Zhang et al.)

Os átomos de ferro no centro da Terra movem-se muito mais rapidamente do que se pensava anteriormente, dizem investigadores nos EUA e na China. As descobertas, que se baseiam em simulações das condições do núcleo interno sólido da Terra, assistidas por aprendizagem automática, podem lançar nova luz sobre as propriedades sísmicas e geodinâmicas do núcleo, que não são totalmente compreendidas.

O núcleo interno da Terra é composto principalmente de ferro sólido e possui várias características intrigantes. Por um lado, a velocidade das ondas de cisalhamento – ondas elásticas que se movem através do corpo de um material – no núcleo é excepcionalmente baixa. O núcleo também possui um índice de Poisson extremamente alto, que é uma medida da facilidade com que ele se expande em uma direção perpendicular à direção de compressão; a 0.45, o índice de Poisson do núcleo está mais próximo do de um líquido ou de um material elástico como a borracha (0.5) do que do aço ou ferro fundido (0.21-0.31).

Abordagem assistida por inteligência artificial

Para descobrir os mecanismos físicos responsáveis ​​por estas características incomuns, pesquisadores liderados por Jung Fu Lin no Universidade do Texas na Escola de Geociências de Austin começou usando cálculos de aprendizado de máquina para simular o comportamento de dezenas de milhares de átomos de ferro sob as temperaturas e pressões extremamente altas que prevalecem no núcleo interno. Esta abordagem assistida por inteligência artificial permitiu-lhes prever com segurança o movimento dos átomos de ferro sob estas condições.

Em seguida, corroboraram estas simulações com uma série de experiências que recriaram as temperaturas e pressões extremamente elevadas do núcleo interno da Terra. Ao disparar um projétil em movimento rápido sobre uma pequena placa de ferro e medir as ondas de choque resultantes, eles foram capazes de calcular a velocidade do som nos átomos de ferro sob condições do núcleo interno.

Movimento coletivo do átomo de ferro

Embora se pense que os átomos de ferro no núcleo interno estejam organizados em um padrão hexagonal compacto e repetido, os pesquisadores descobriram que grupos de átomos de ferro em seus sistemas modelo ainda podem se mover rapidamente, mudando seu lugar na rede metálica enquanto mantêm a estrutura hexagonal geral. estrutura. De acordo com a equipe, este movimento coletivo poderia explicar por que as medições sísmicas do núcleo interno revelam um ambiente com uma velocidade de onda de cisalhamento muito mais baixa e um índice de Poisson mais alto que seria esperado em temperaturas e pressões tão altas.

“A grande descoberta que descobrimos é que o ferro sólido se torna surpreendentemente macio nas profundezas da Terra porque os seus átomos podem mover-se muito mais do que alguma vez imaginamos”, explica um membro da equipa. Youjun Zhang da Universidade de Sichuan. “Este movimento aumentado torna o núcleo interno menos rígido [e] mais fraco contra forças de cisalhamento.”

Além de explicar a velocidade da onda de cisalhamento excepcionalmente baixa e o índice de Poisson ultra-alto do núcleo interno, o resultado, que é descrito em PNAS, também poderia esclarecer como o núcleo interno ajuda a alimentar o geodínamo da Terra. A energia deste dínamo gera o campo magnético do nosso planeta – um componente essencial para torná-lo habitável, pois protege a vida das radiações ionizantes nocivas no espaço.

Os investigadores planeiam agora estender o seu estudo aos interiores exoplanetários recentemente descobertos. “Também pretendemos investigar o efeito do movimento coletivo dos átomos em uma série de outras propriedades que são essenciais para a nossa compreensão das profundezas da Terra”, diz Lin. Mundo da física.

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