O núcleo da Terra pode conter hidrogénio suficiente para formar até 45 oceanos.

Novas experiências laboratoriais, concebidas para reproduzir a dureza extrema do centro do planeta, indicam que o núcleo pode conter quantidades surpreendentes de hidrogénio. Se esse hidrogénio alguma vez se combinasse com oxigénio, poderia equivaler à matéria‑prima necessária para formar até 45 oceanos com dimensões comparáveis às dos oceanos atuais da Terra.

Uma pista enterrada para a água “em falta” da Terra

Durante décadas, a geologia tem debatido a origem da água terrestre. Uma hipótese defende que a Terra jovem terá sido “abastecida” por impactos de cometas gelados e asteroides ricos em água. A outra sustenta que uma fração significativa de água já existia desde o início, aprisionada nos materiais rochosos que formaram o planeta e libertada gradualmente.

Um estudo recente, apoiado em experiências de alta pressão, reforça com força a segunda interpretação. Ao criar no laboratório condições semelhantes às do núcleo da Terra, os investigadores observaram que ferro comparável ao do interior do planeta consegue incorporar quantidades elevadas de hidrogénio.

Mesmo que o hidrogénio represente apenas 0,07–0,36% da massa do núcleo, isso pode corresponder a um volume equivalente a 9 a 45 oceanos de água.

Isto não significa que exista água líquida a “chapinhar” junto ao ferro fundido. O que há são átomos de hidrogénio retidos em ligas metálicas a mais de 2 900 km de profundidade. Ainda assim, esta possibilidade muda a escala da discussão sobre quão “húmida” a Terra poderá ter sido no começo.

De murmúrios sísmicos a um núcleo mais complexo

A história científica do núcleo começou há cerca de um século, com a sismologia. Ao seguir o percurso das ondas geradas por sismos, tornou‑se claro que o planeta é estratificado. Em 1936, a sismóloga dinamarquesa Inge Lehmann demonstrou que existe um núcleo interno sólido alojado no interior de um núcleo externo líquido.

A partir das velocidades dessas ondas, foi possível inferir a densidade do interior. Os valores apontavam para um núcleo dominado por ferro e níquel, uma ideia reforçada por meteoritos metálicos - vestígios do Sistema Solar primordial - cuja composição sugere materiais semelhantes.

No entanto, havia um problema: o núcleo parecia demasiado leve para ser apenas ferro‑níquel. A conclusão inevitável foi que outros elementos mais leves teriam de estar dissolvidos nessa mistura metálica.

Elementos leves no coração metálico

Na década de 1960, começou a ganhar terreno a noção de que o núcleo incluiria componentes leves. Só nas duas últimas décadas, porém, as técnicas experimentais atingiram a precisão necessária para simular, com realismo, pressões acima de 100 gigapascal (GPa) e temperaturas de vários milhares de graus Celsius.

Atualmente, existe um consenso alargado de que o núcleo deverá conter vários elementos leves, entre os quais:

• enxofre
  
• silício
  
• oxigénio
  
• carbono
  
• hidrogénio
  

A incerteza reside nas proporções. O hidrogénio é particularmente difícil de quantificar: por ser o átomo mais pequeno e leve, deixa sinais muito subtis nas medições. Assim, o que sabemos chega sobretudo por vias indiretas, combinando simulações, experiências laboratoriais e modelos sísmicos.

Núcleo da Terra e hidrogénio: diamantes, lasers e metal em condições extremas

Para esclarecer o papel do hidrogénio, a equipa recorreu a uma célula de bigorna de diamante. Duas pontas de diamante comprimem amostras minúsculas até pressões enormes, enquanto lasers as aquecem a temperaturas de milhares de graus.

Os investigadores colocaram em contacto dois materiais:

• uma liga de ferro concebida para se aproximar da composição do núcleo terrestre
  
• um vidro de silicato hidratado, usado como análogo do oceano de magma antigo que terá coberto a Terra jovem
  

A experiência decorreu a cerca de 111 GPa e aproximadamente 4 800 °C, valores próximos das condições do núcleo externo. Sob estes extremos, os elementos podem migrar entre o silicato fundido e o metal, de forma semelhante ao que se espera durante a formação do planeta.

Depois de arrefecerem as amostras, a equipa analisou‑as em três dimensões, à escala do nanómetro, através de tomografia por sonda atómica. Esta técnica de elevada resolução permitiu contabilizar átomos individuais de silício, oxigénio e hidrogénio na fase metálica.

As medições indicam que o núcleo da Terra pode armazenar mais hidrogénio do que muitos modelos anteriores admitiam, comprimido numa “gaiola” metálica em profundidade, abaixo do manto.

Parâmetro	Valor estimado
Teor de hidrogénio no núcleo (por massa)	0,07–0,36%
Volume de água equivalente	9–45 oceanos atuais
Pressão experimental	~111 GPa
Temperatura experimental	~4 800 °C

O que estes resultados sugerem sobre a origem da água terrestre

A distribuição do hidrogénio é decisiva. Se a maior parte da água tivesse chegado tarde - transportada por cometas após a formação do núcleo - seria expectável que o hidrogénio ficasse sobretudo nas camadas externas: crosta, oceanos e atmosfera.

O novo conjunto de dados aponta noutra direção. O hidrogénio parece conseguir particionar para o metal que alimenta o núcleo, o que implica que os materiais que construíram a Terra já continham quantidades relevantes de hidrogénio quando o planeta ainda estava em estado muito quente e parcialmente fundido.

Hidrogénio aprisionado no núcleo favorece uma origem “húmida” para a Terra, com materiais portadores de água presentes desde as primeiras etapas da montagem planetária.

Isto encaixa melhor num cenário em que a Terra se formou a partir de rochas já hidratadas no Sistema Solar inicial, e não como um corpo essencialmente seco que mais tarde recebeu gelo “por pulverização”. Impactos de cometas podem ter contribuído, mas é provável que não tenham fornecido a maior parte da água atual.

Um aspeto adicional que ajuda a cruzar estas hipóteses vem da geoquímica isotópica. Rácios como deutério/hidrogénio (D/H) e assinaturas isotópicas noutros voláteis têm sido usados para comparar a água terrestre com a de meteoritos e cometas. Se uma fração substancial do hidrogénio tiver sido “sequestrada” no núcleo desde cedo, será necessário integrar esse reservatório profundo ao interpretar essas assinaturas e ao reconstruir o orçamento total de água ao longo do tempo geológico.

Incertezas e necessidade de mais evidência

Os autores do estudo - publicado numa revista científica internacional - salientam que os valores apresentados são provisórios. Em medições deste tipo, pequenas tendências experimentais podem deslocar de forma considerável as estimativas de hidrogénio.

Além disso, as condições do núcleo variam com a profundidade, e a Terra primitiva atravessou fases violentas de aquecimento, mistura e impactos gigantes. Não existe forma de recriar, num laboratório, toda essa sequência histórica. Por isso, outros grupos terão de repetir e testar estes resultados com técnicas alternativas, composições distintas e trajetórias diferentes de pressão‑temperatura.

A sismologia também será um árbitro importante. À medida que os modelos de propagação de ondas sísmicas em ligas com hidrogénio se tornem mais robustos, será possível verificar se um núcleo rico em hidrogénio explica melhor os dados reais dos sismos do que versões com pouco hidrogénio.

Porque o hidrogénio no núcleo pode influenciar a vida à superfície

A relevância não se limita à “história de origem” dos oceanos. A combinação exata de elementos leves no núcleo altera a densidade, a temperatura de fusão e a eficiência com que o núcleo externo líquido entra em convecção.

Essa convecção alimenta o geodínamo, o mecanismo que gera o campo magnético da Terra. O campo ajuda a proteger a atmosfera de partículas carregadas provenientes do Sol e contribui para reduzir a perda de água para o espaço. Uma pequena mudança na “receita” do núcleo pode, portanto, ter efeitos em cadeia sobre o clima e a habitabilidade a longo prazo.

Como o hidrogénio tende a diminuir a densidade da liga do núcleo, pode também modificar ligeiramente o modo como o calor é transferido do interior profundo. Isso influencia a circulação do manto, o movimento das placas tectónicas e a forma como o vulcanismo liberta gases - incluindo vapor de água e dióxido de carbono.

Outro ponto relacionado, frequentemente discutido em geofísica, é a evolução do núcleo ao longo de milhares de milhões de anos: o crescimento do núcleo interno sólido e a libertação (ou retenção) de elementos leves podem afetar o balanço energético do geodínamo. Se o hidrogénio fizer parte significativa desse inventário, ele pode alterar a cronologia e a intensidade do campo magnético ao longo da história do planeta.

Conceitos‑chave por trás da investigação

Vários termos técnicos são centrais para compreender estas conclusões:

• Célula de bigorna de diamante: dispositivo que comprime amostras minúsculas entre dois diamantes para alcançar pressões semelhantes às do interior dos planetas.
  
• Tomografia por sonda atómica: método em que átomos são removidos de forma controlada de uma amostra em forma de agulha e detetados um a um, construindo um mapa químico 3D.
  
• Oceano de magma: etapa inicial em que grande parte da camada externa da Terra esteve fundida, permitindo que metais afundassem e formassem o núcleo.
  
• Particionamento: forma como os elementos se distribuem entre materiais distintos, por exemplo entre rocha fundida (silicato) e metal líquido.
  

Compreender como o hidrogénio se particiona entre metal e silicato sob condições extremas permite estimar quanto poderá ficar no núcleo, quanto permanece no manto e quanto chega à superfície.

O que isto pode significar para outros mundos

A hipótese de um núcleo rico em hidrogénio não se aplica apenas à Terra. Vénus e Marte terão passado por episódios de oceano de magma e formação de núcleo. Se processos análogos ocorreram nesses planetas, o armazenamento de hidrogénio no interior poderá ajudar a explicar por que razão as suas superfícies evoluíram de forma tão diferente da nossa.

No caso de exoplanetas rochosos, a forma como a água é aprisionada no interior ou libertada para a superfície pode determinar se acabam áridos, se se tornam mundos oceânicos ou se desenvolvem condições compatíveis com a vida. Modelos futuros de habitabilidade terão de considerar não só os oceanos à superfície, mas também estes reservatórios profundos e ocultos de hidrogénio sob pressões esmagadoras.