Detectados indícios de estruturas misteriosas perto do núcleo no campo magnético da Terra

Mesmo tendo enviado sondas a milhares de milhões de quilómetros rumo ao espaço interestelar, a humanidade mal começou a explorar o próprio planeta e nem sequer atravessou a fina crosta terrestre.

Quase tudo o que sabemos sobre o interior profundo da Terra vem da geofísica - um conhecimento escasso e valioso. Ainda assim, é claro que a Terra é composta por uma crosta sólida, um manto rochoso, um núcleo externo líquido e um núcleo interno sólido.

O que acontece, ao certo, em cada uma destas camadas - e nas fronteiras entre elas - continua a ser, em grande parte, um enigma. O nosso trabalho recorre agora ao magnetismo do planeta para iluminar a interface mais decisiva no interior da Terra: o limite núcleo‑manto.

A cerca de 3 000 km de profundidade, o núcleo externo - um oceano incomensurável de liga de ferro em fusão - agita-se continuamente e gera um campo magnético global que se estende muito para além do planeta, pelo espaço. Manter este “geodínamo”, e a força‑escudo que ele sustenta há vários milhares de milhões de anos (protegendo a Terra de radiação nociva), exige uma enorme quantidade de energia.

Essa energia chegou ao núcleo sob a forma de calor durante a formação do planeta. Porém, só é disponibilizada para alimentar o geodínamo à medida que o calor é conduzido para fora, em direcção às rochas sólidas e mais frias do manto, que flutuam por cima.

Sem esta transferência interna de calor, em grande escala, do núcleo para o manto - e, por fim, através da crosta até à superfície - a Terra seria semelhante aos nossos vizinhos mais próximos, Marte e Vénus: magneticamente inerte.

Entram em cena as “Bolhas” no limite núcleo‑manto

Existem mapas que mostram como varia a velocidade das ondas sísmicas (vibrações de energia acústica) ao atravessarem o manto rochoso, sobretudo na sua porção mais profunda, imediatamente acima do núcleo. Nesses mapas destacam-se, em particular, duas regiões gigantescas perto do equador, sob África e sob o Oceano Pacífico, onde as ondas sísmicas se propagam mais lentamente do que no restante manto.

Não é evidente o que torna especiais estas “grandes estruturas basais do manto inferior” - a que chamaremos, abreviadamente, “Bolhas”. Sabe-se que são constituídas por rocha sólida semelhante à do manto circundante, mas podem ter temperatura mais elevada, composição diferente, ou ambas as coisas.

Seria de esperar que variações muito fortes de temperatura na base do manto influenciassem o núcleo líquido subjacente e, consequentemente, o campo magnético aí gerado. Como o manto sólido altera a sua temperatura e escoa a um ritmo extraordinariamente lento (milímetros por ano), qualquer assinatura magnética associada a contrastes térmicos marcados deverá manter-se durante milhões de anos.

Das rochas aos supercomputadores

No nosso estudo apresentamos novas evidências de que estas Bolhas são mais quentes do que o manto inferior em redor. E, pelo menos ao longo das últimas poucas centenas de milhões de anos, isso terá deixado uma marca perceptível no campo magnético terrestre.

Quando rochas ígneas - solidificadas recentemente a partir de magma fundido - arrefecem à superfície na presença do campo magnético da Terra, adquirem um magnetismo permanente alinhado com a direcção desse campo naquele local e naquele momento.

É há muito conhecido que essa direcção varia com a latitude. O que observámos, contudo, foi que as direcções magnéticas registadas por rochas com até 250 milhões de anos pareciam também depender da longitude onde essas rochas se tinham formado. O efeito era especialmente evidente em baixas latitudes. Foi por isso que colocámos a hipótese de as Bolhas poderem estar por trás desse padrão.

A confirmação decisiva surgiu ao compararmos estas observações magnéticas com simulações do geodínamo executadas num supercomputador. Num dos conjuntos de simulações assumiu-se que o fluxo de calor do núcleo para o manto tinha a mesma intensidade em todos os locais.

Nesses casos, ou quase não aparecia qualquer tendência para o campo magnético variar com a longitude, ou então o campo acabava por colapsar num estado persistentemente caótico - algo que também não bate certo com as observações.

Em contrapartida, quando impusemos na superfície do núcleo um padrão com variações acentuadas na quantidade de calor “sugada” para o manto, o comportamento dos campos magnéticos mudou.

O resultado mais revelador foi este: ao admitir que a taxa de calor que entra nas Bolhas era cerca de metade da que entra noutras zonas mais frias do manto, os campos magnéticos produzidos pelas simulações passaram a exibir estruturas longitudinais que lembravam os registos preservados em rochas antigas.

Outra conclusão foi que esses campos tinham menor propensão para colapsar. Assim, a inclusão das Bolhas permitiu reproduzir a estabilidade observada do campo magnético da Terra em condições mais abrangentes.

O que tudo indica estar a acontecer é que as duas Bolhas quentes funcionam como isolantes do metal líquido que se encontra por baixo, travando perdas de calor que, de outro modo, fariam o fluido contrair-se termicamente e afundar-se no núcleo. Como é o movimento do fluido do núcleo que gera mais campo magnético, estas “poças” estagnadas de metal não entram de forma significativa no processo do geodínamo.

Além disso, tal como um telemóvel pode perder sinal quando é colocado dentro de uma caixa metálica, estas áreas imóveis de líquido condutor actuam para “blindar” o campo magnético gerado pelo líquido em circulação mais abaixo.

Deste modo, as enormes Bolhas deram origem a padrões característicos - variáveis com a longitude - na forma e na variabilidade do campo magnético terrestre. E isso coincide com o que ficou registado em rochas formadas em baixas latitudes.

Na maior parte do tempo, a configuração do campo magnético da Terra é bastante semelhante à que resultaria de um íman de barra alinhado com o eixo de rotação do planeta. É isto que faz com que, na maioria dos locais à superfície, e na maioria do tempo, uma bússola magnética aponte quase para norte.

Ao longo da história geológica ocorreram, por vezes, colapsos para estados fracos e multipolares, mas são acontecimentos relativamente raros, e o campo parece ter recuperado com bastante rapidez. Pelo menos nas simulações, as Bolhas parecem contribuir para que isso aconteça.

Assim, embora ainda haja muito por aprender sobre o que são as Bolhas e de que modo se formaram, é possível que, por ajudarem a manter o campo magnético estável e útil para a humanidade, lhes devamos mais do que imaginamos.

Andrew Biggin, Professor de Geomagnetismo, Universidade de Liverpool

Este artigo é republicado a partir de A Conversa ao abrigo de uma licença Comuns Criativos. Leia o artigo original.