Medições da velocidade do som lançam luz sobre o interior da Terra

Os pesquisadores mediram a velocidade do som em ferro puro sob pressões semelhantes às que existem no limite interno do núcleo da Terra. O resultado sugere que esta região do núcleo pode ser enriquecida em silício e enxofre.

“Pode ser surpreendente, mas não temos muitas informações sobre o centro do planeta em que vivemos”, diz Alfredo Barão da RIKEN SPring-8 Centro no Japão. “Podemos escavar alguns quilómetros, e vulcões e placas tectónicas podem trazer material de profundidades de algumas centenas de quilómetros, mas o que está abaixo, até ao centro da Terra, cerca de 6000 quilómetros abaixo dos nossos pés, não é bem compreendido. ”

Nossa imagem atual do interior da Terra sugere que o núcleo externo do planeta (localizado a cerca de 3000 km abaixo) é principalmente ferro líquido, com um núcleo interno de ferro sólido embaixo. Esta informação é obtida pelo rastreamento de ondas sísmicas de terremotos à medida que se propagam pelo planeta, produzindo dados sobre a densidade e a velocidade do som e, especificamente, as velocidades das ondas de compressão e cisalhamento (v_p e v_s respectivamente). No entanto, os valores assim medidos não coincidem exatamente com o que se espera para o ferro puro de acordo com o Preliminary Reference Earth model (PREM), explica Baron. Portanto, deve haver algo mais – possivelmente algo menos denso – presente no núcleo.

“Qual é esse material, e quanto dele pode existir, são áreas ativas de investigação, pois têm implicações para entender as propriedades atuais da Terra e a evolução do sistema solar como um todo”, diz ele.

Versão melhorada de uma célula bigorna de diamante

Um meio alternativo de explorar o comportamento de materiais em altas pressões é usar uma célula de bigorna de diamante (DAC). No entanto, mesmo com essa ferramenta, é preciso muita habilidade para atingir pressões comparáveis ​​às do núcleo da Terra.

Sensores de diamante sondam matéria em altas pressões

No trabalho mais recente, os líderes do projeto Daijo Ikuta, Eiji Ohtani e Alfred Baron usaram uma versão melhorada de um DAC conhecido como bigorna de bisel escalonado, combinada com espalhamento inelástico de raios X e medições de difração de raios X. A técnica de espalhamento de raios X permite aos pesquisadores observar movimentos atômicos em materiais usando raios X e é o único método para medir a velocidade do som em metais diretamente sob compressão estática extrema em um DAC. Os pesquisadores fizeram essas medições nas instalações da RIKEN para espalhamento inelástico de raios X, o Linha de luz quântica NanoDynamics na Spring-8 na província de Hyogo.

Essas medições revelaram que a uma pressão de 310–327 GPa – a pressão estática mais alta já alcançada em estudos usando espalhamento inelástico de raios X e no local Técnicas de difração de raios X - a densidade do ferro compactado hexagonal fechado é 13.87 g/cm³. Os pesquisadores também descobriram que v_p e v_s do núcleo interno são cerca de 4% e 36% mais lentos, respectivamente, do que as velocidades correspondentes do ferro puro nas pressões do núcleo interno. “Esses valores de densidade e velocidade do som podem ser explicados pela adição de cerca de 3% de silício e 3% de enxofre (em peso) ao ferro no núcleo interno, como pode ocorrer por um enriquecimento seletivo de material devido ao crescimento do núcleo interno do núcleo externo”, diz Baron Mundo da física.

Os resultados são detalhados em Natureza das Comunicações.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/sound-speed-measurements-shed-light-on-earths-interior/