Resfriamento interior da Terra ‘muito mais rápido do que o esperado’

Pesquisadores da ETH Zurich mostraram em laboratório quão bem um metal comum na fronteira entre o núcleo e o manto da Terra conduz calor. Isso os leva a suspeitar que o calor da Terra pode estar se dissipando mais cedo do que se pensava anteriormente.

A evolução do nosso planeta é uma história de frescor: há 4,5 bilhões de anos, temperaturas extremas prevaleciam na superfície da jovem Terra, e ela estava coberta por um profundo oceano de magma. Ao longo de milhões de anos, a superfície do planeta esfriou para formar uma crosta quebradiça. No entanto, a enorme energia térmica que emana do interior da Terra impulsiona processos dinâmicos, como convecção do manto, placas tectônicas e vulcanismo.

No entanto, questões sobre a rapidez com que a Terra esfriará e quanto tempo pode levar para esse resfriamento contínuo interromper os processos térmicos acima permanecem sem resposta.

Uma possível resposta pode estar na condutividade térmica dos minerais que formam a fronteira entre o núcleo e o manto da Terra.

Essa camada limite é relevante porque é aqui que as rochas pegajosas do manto da Terra estão em contato direto com a fusão a quente de ferro e níquel no núcleo externo do planeta. O gradiente de temperatura entre as duas camadas é bastante acentuado, então é provável que haja muito calor fluindo aqui. A camada limite é composta principalmente pelo mineral bridgemanite. No entanto, os pesquisadores têm dificuldade em estimar quanto calor esse mineral passa do núcleo da Terra para o manto porque a verificação experimental é muito difícil.

Agora, o professor da ETH Motohiko Murakami e colegas da Carnegie Institution for Science desenvolveram um sofisticado sistema de medição que lhes permite medir a condutividade térmica de bridgemanite em laboratório, sob condições de pressão e temperatura prevalecentes no interior da Terra. Para as medições, eles usaram um sistema de medição de absorbância óptica recém-desenvolvido em uma unidade de diamante aquecida a laser pulsado.

Um dispositivo de medição para determinar a condutividade térmica de bridgemanite sob alta pressão e temperatura máxima. Crédito: De Murakami M, et al, 2021

“Esse sistema de medição nos permite mostrar que a condutividade térmica do bridgemanite é cerca de 1,5 vezes maior do que o assumido”, diz Murakami. Isso indica que o fluxo de calor do núcleo para o manto também é maior do que se pensava anteriormente. O maior fluxo de calor, por sua vez, aumenta a convecção no manto e acelera o resfriamento da Terra. Isso pode fazer com que o movimento das placas tectônicas, que é sustentado por movimentos convectivos no manto, diminua mais rápido do que os pesquisadores esperavam com base nos valores anteriores de condutividade térmica.

Murakami e colegas também mostram que o resfriamento rápido do manto alterará as fases minerais estáveis ​​no limite do manto central. Quando esfria, a bridgemanita se transforma no mineral pós-perovskita. Mas uma vez que a pós-perovskita aparece na fronteira núcleo-manto e começa a dominar, o resfriamento do manto pode realmente acelerar, estimam os pesquisadores, porque esse mineral conduz o calor de forma mais eficiente do que a bridgemanita.

“Nossos resultados podem nos dar uma nova perspectiva sobre a evolução da dinâmica da Terra. Eles sugerem que a Terra, como os outros planetas rochosos Mercúrio e MarteEle esfria e se torna inerte muito mais rápido do que o esperado”, explica Murakami.

No entanto, ele não pode dizer quanto tempo levaria, por exemplo, para que as correntes convectivas no manto parassem. “Ainda não sabemos o suficiente sobre esses tipos de eventos para determinar seu momento”. Para fazer isso, primeiro é necessário entender melhor como a convecção funciona no manto do espaço e do tempo. Além disso, os cientistas precisam esclarecer como o decaimento de elementos radioativos no interior da Terra – uma das principais fontes de calor – afeta a dinâmica do manto.

Referência: “Condutividade térmica radiativa de ponte de cristal único no limite do manto central com implicações para a evolução térmica da Terra” por Motohiko Murakami, Alexander F. Goncharov, Nobuyoshi Miyajima, Daisuke Yamazaki e Nicholas Holtgrove, 8 de dezembro de 2021, Cartas de Ciências da Terra e Planetárias.
DOI: 10.1016 / j.epsl.2021.117329