Descobertas sobre o ferro em condições extremas podem revelar segredos da formação da Terra
Novas pesquisas sobre as propriedades quânticas dos elementos em ambientes extremos trazem implicações importantes para a compreensão da história geológica da Terra, a interpretação de atividades sísmicas únicas e o estudo de exoplanetas.
Em um avanço significativo para a geociência, pesquisadores internacionais investigaram o papel do ferro no estado fundido das rochas, conhecido como silicatos derretidos, sob condições extremas semelhantes às encontradas no interior de planetas rochosos como a Terra. O estudo, realizado por uma equipe da SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Universite Grenoble Alpes, entre outros, utilizou lasers potentes e raios X ultra-rápidos para simular essas condições e medir as propriedades do ferro.
Impacto quântico do ferro na formação planetária
O estado de spin do ferro, uma propriedade quântica dos seus elétrons, é um fator determinante no seu comportamento magnético e na reatividade química, afetando assim se o ferro é encontrado em forma líquida ou sólida e sua condutividade elétrica. Os resultados, publicados na revista Science Advances em 20 de outubro de 2023, mostram que sob pressões e temperaturas extremamente altas, o ferro nos silicatos fundidos tende a estar em um estado de spin baixo, o que poderia estabilizar certos tipos de rocha fundida nas profundezas da Terra e de outros planetas rochosos.
Desafios e métodos de estudo
Até recentemente, era desafiador recriar as condições extremas dos silicatos fundidos e medir o estado de spin do ferro. No entanto, com a utilização do equipamento do Linac Coherent Light Source (LCLS) da SLAC, os cientistas superaram esses obstáculos e observaram o comportamento do ferro em rochas fundidas reais sob condições extremas.
Evidências de um passado turbulento
Dan Shim, pesquisador da Arizona State University e colaborador no estudo, destaca que a pesquisa investiga processos que ocorreram há mais de 4 bilhões de anos, utilizando tecnologia moderna que opera em femtosegundos. O estudo sugere que a Terra primitiva poderia ter um oceano magmático global devido ao calor gerado por intensos impactos de asteroides.
O papel das anomalias sísmicas
Este novo estudo pode também esclarecer as peculiaridades nas velocidades sísmicas observadas no manto da Terra, que intrigam cientistas há décadas. A equipe planeja comparar diferentes hipóteses usando imagens sísmicas para determinar as origens dessas zonas e distinguir entre os materiais antigos e os mais recentes.
Perspectivas futuras
Após o foco inicial nos silicatos fundidos com baixo teor de ferro, a equipe pretende estudar silicatos com maior teor de ferro e a inclusão de água, aprofundando a compreensão do ciclo da água e do clima na Terra. A pesquisa tem o potencial de refinar modelos de movimento tectônico e outros fenômenos geológicos, além de ter implicações para a ciência do clima.
Uma visão interdisciplinar da geologia
Roberto Alonso-Mori, cientista da SLAC e colaborador do projeto, ressalta o caráter inovador do estudo e sua capacidade de conectar diversas áreas de pesquisa, desde mineralogia até ciência do clima. A pesquisa foi apoiada em parte pelo Office of Science do Departamento de Energia dos EUA, e os resultados representam um avanço significativo no entendimento da dinâmica interna da Terra.
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