Experimentos de alta pressão revelam mais hidrogênio no núcleo da Terra - o suficiente para até 45 oceanos

Novos testes de laboratório em condições extremas indicam que o núcleo da Terra pode armazenar muito mais hidrogênio do que se considerava plausível. Em termos teóricos, essa reserva “escondida” seria suficiente para formar várias dezenas de oceanos - e obriga a repensar explicações tradicionais para a origem da água no planeta.

O que realmente sabemos sobre o interior da Terra

O conhecimento sobre as camadas internas do planeta não vem de acesso direto, mas de sinais gerados por terremotos. Sismólogas e sismólogos observam a velocidade com que essas ondas atravessam a Terra e analisam como elas se refratam, se refletem e mudam de comportamento ao encontrar materiais diferentes.

Já nos anos 1930, com base nesse tipo de evidência, a pesquisadora dinamarquesa Inge Lehmann concluiu que existe um núcleo interno sólido cercado por um núcleo externo líquido. Essas regiões ficam muito abaixo do manto e da crosta - em profundidades que nenhuma perfuração consegue atingir.

A partir das velocidades das ondas, também é possível inferir a densidade dos materiais. Combinando isso com estudos de meteoritos ricos em ferro, consolidou-se a visão clássica: o núcleo da Terra é composto principalmente por ferro e níquel - uma imensa esfera metálica que responde por quase um terço da massa do planeta.

Por que ferro e níquel não explicam tudo no núcleo da Terra

Medições mais refinadas deixaram claro, porém, que a densidade do núcleo é baixa demais para ser explicada apenas por uma mistura de ferro e níquel. Portanto, algum componente mais leve precisa estar presente. Desde a década de 1960, outros elementos passaram a ser considerados candidatos relevantes.

Atualmente, há relativa concordância de que, além de ferro e níquel, o núcleo também contém elementos como enxofre, silício, oxigênio, carbono e hidrogênio. O ponto que continua em disputa é a proporção de cada um deles.

Parte da dificuldade está no próprio hidrogênio: por ser o elemento químico mais leve e o menor em tamanho, quantidades muito pequenas já alteram propriedades físicas de modo importante - mas, ao mesmo tempo, ele é extremamente difícil de detectar por vias indiretas.

"As novas medições sugerem que o núcleo da Terra contém entre 0,07 e 0,36 por cento em massa de hidrogênio - suficiente para até 45 oceanos."

À primeira vista, os percentuais parecem irrelevantes. Quando se multiplica isso pela enorme massa do núcleo, no entanto, o resultado implica um volume colossal de hidrogênio aprisionado.

Como cientistas simulam o núcleo da Terra no laboratório

Como é impossível coletar amostras a 3.000 quilômetros de profundidade, a física de altas pressões recorre a uma estratégia indireta: comprimir e aquecer amostras minúsculas até que elas enfrentem, no laboratório, condições comparáveis às do interior terrestre.

No estudo mais recente, a equipe usou as chamadas células de bigorna de diamante. Entre dois diamantes polidos com alta precisão, os pesquisadores prenderam uma lâmina muito fina de material rico em ferro (para imitar a composição do núcleo) e, junto, uma rocha silicatada vítrea com teor de água - como modelo do “oceano de magma” primordial da Terra jovem.

Com lasers, o conjunto foi aquecido a cerca de 4.800 °C, enquanto a pressão chegou a aproximadamente 111 GPa. Esses valores correspondem a condições semelhantes às do núcleo externo em sua porção mais profunda.

Tomografia em escala atômica

Depois do tratamento, a amostra foi examinada com uma técnica específica: tomografia por sonda atômica. O método permite detectar e mapear átomos individualmente, reconstruindo sua distribuição no espaço.

Dessa forma, foi possível observar em 3D, na escala de nanômetros, para onde migraram elementos como silício, oxigênio e hidrogênio. Esse arranjo indica o quanto o hidrogênio tende a se incorporar ao material metálico do núcleo e quanto dele consegue “caber” nessa fase.

• Pressão no experimento: cerca de 111 GPa
• Temperatura: aproximadamente 4.800 °C
• Quantidade de hidrogênio detectada: 0,07–0,36 por cento em massa no material do núcleo
• Equivalência: hidrogênio no valor de 9–45 oceanos atuais

Com esses números de laboratório, é possível extrapolar quanto hidrogênio poderia existir no núcleo terrestre real - desde que as condições do experimento representem de forma suficientemente fiel a Terra primitiva.

O que isso indica sobre a origem da água na Terra

Os resultados se encaixam bem em um cenário em que a Terra, ainda durante sua formação, incorporou grandes quantidades de substâncias voláteis. Entre elas está o hidrogênio, que pode se combinar com oxigênio para formar água.

Por muito tempo, dois modelos principais competiram. Em um, a maior parte da água teria se formado muito cedo, nas regiões internas do Sistema Solar. No outro, cometas e asteroides teriam trazido água apenas mais tarde para uma Terra já em grande parte ressecada.

Se o hidrogênio estivesse concentrado sobretudo nas camadas externas, isso favoreceria a hipótese de um aporte tardio por impactos. Os novos dados, porém, sugerem uma quantidade enorme de hidrogênio ligada em grande profundidade, no núcleo. Isso combina melhor com a ideia de uma incorporação precoce a partir do disco de gás e poeira que também deu origem ao Sol e aos demais planetas.

"O estudo sustenta a ideia de que o planeta recebeu suas reservas de água já no nascimento - e não principalmente por um bombardeio tardio de cometas."

O trabalho foi publicado na revista científica Nature Communications. As próprias autoras e autores ressaltam que serão necessários novos experimentos para reduzir possíveis erros de medição e incertezas do modelo.

O que mais um núcleo rico em hidrogênio pode implicar

A presença de hidrogênio no núcleo não é relevante apenas para discutir a origem dos oceanos. Ela também altera propriedades físicas do material, incluindo densidade, ponto de fusão e condutividade elétrica.

Como o núcleo externo líquido é o responsável por gerar o campo magnético terrestre, mudanças de composição podem afetar o padrão de escoamento do metal e, com isso, o geodínamo. Um núcleo um pouco mais leve e com mais hidrogênio poderia ajudar a explicar por que o campo magnético da Terra é mais estável do que o de Marte ou Mercúrio.

Além disso, a distribuição de elementos leves no interior do planeta interfere no transporte de calor e na convecção do manto. Esses processos condicionam o nível de atividade da tectônica de placas - que, por sua vez, contribui para a estabilidade climática de longo prazo na superfície.

O que outros corpos celestes têm a ver com isso

A questão da água “por dentro” não é exclusiva da Terra. Em exoplanetas e nos mundos rochosos do próprio Sistema Solar, surge o mesmo desafio: quanto de água existe no interior, quanto está na superfície e quanto foi perdido para o espaço?

Se o hidrogênio consegue migrar para núcleos metálicos, então muitos planetas parecidos com a Terra podem ter bem mais água interna do que suas superfícies sugerem. Isso torna o tema ainda mais relevante para a busca por mundos potencialmente habitáveis.

Quão confiáveis são esses resultados?

Ensaios de laboratório têm limitações. Amostras minúsculas, procedimentos complexos e condições extremas deixam margem para erros sistemáticos. As pesquisadoras e os pesquisadores citam fragilidades possíveis, como a determinação exata da temperatura e a interpretação dos dados da sonda atômica.

Para fortalecer as conclusões, grupos independentes precisam reproduzir as medições e recorrer a abordagens alternativas, como outras técnicas de espectroscopia ou simulações numéricas com pressupostos diferentes. Só então será possível delimitar melhor o tamanho real do reservatório de hidrogênio no núcleo.

Ainda assim, mesmo com incertezas, o estudo oferece um indício forte: quando se considera o planeta inteiro - do núcleo à superfície -, a Terra provavelmente é muito mais “rica em água” do que os oceanos, sozinhos, fazem parecer.

Termos essenciais para entender o tema

Ao investigar água no interior terrestre, surgem rapidamente conceitos técnicos. Três deles são centrais aqui:

• Núcleo: região mais interna da Terra, formada por um núcleo interno sólido e um núcleo externo líquido, composto predominantemente por ferro e níquel.
• Célula de bigorna de diamante: equipamento de laboratório que comprime amostras entre duas pontas de diamante para atingir pressões extremas.
• Tomografia por sonda atômica: técnica que remove átomos de uma amostra e reconstrói suas posições em três dimensões.

Com esses conceitos em mente, fica mais claro como cientistas conseguem inferir a composição de um planeta inteiro a partir de um fragmento microscópico de metal.

Geofísicas e geofísicos esperam que, no futuro, a combinação de sismologia cada vez mais precisa, experimentos aprimorados de altas pressões e simulações computacionais forneça novas peças para esse quebra-cabeça. A hipótese de que o núcleo da Terra guarda hidrogênio suficiente para dezenas de oceanos deverá, portanto, ser testada e refinada nos próximos anos - ou, no limite, descartada.