05/08/2016

A formação do núcleo da Terra

O ferro encontra-se presente nos meteoritos sob todas as formas. Concentrado no mais profundo da Terra, formou, por uma alquimia complexa, o núcleo do planeta, líquido entre os 2900 e os 5200 km, depois sólido até ao centro da Terra, a 6370 km. Como, quando e com que rapidez se passou tudo isto? É difícil saber, pois a procura de indícios passa pelo estudo de raros meteoritos e rochas muito antigas.



O ferro é um metal que está presente e pode observar-se a todas as escalas na matéria extraterrestre: esta é sem dúvida uma das diferenças essenciais entre as rochas terrestres e as que o não são. Os meteoritos constituídos unicamente por metal, os meteoritos de ferro, representam apenas cerca de 1% das ocorrências observadas até hoje. Este facto poderá significar que serão raros na cintura de asteróides. Se se encontram bem representados nas vitrines dos museus, é sem dúvida porque são mais fáceis de reconhecer no conjunto das rochas terrestres do que os outros meteoritos.

Depois do silício e do oxigénio, o ferro é o elemento que se encontra em maior concentração nos meteoritos primitivos, cuja matéria mais se assemelha à que serviu para formar a Terra.
Uma parte do ferro encontra-se sob a forma metálica: a observação destes meteoritos ao microscópio  
meteorito ferroso
revela extensões de metal desde alguns micrones a alguns milímetros.
A outra parte do ferro encontra-se oculta no interior de minerais não metálicos, por vezes fazendo parte de minerais muito diversos, desde dos sulfuretos aos silicatos e aos óxidos (quimicamente oxidado). Os dois silicatos mais importantes na composição dos meteoritos primitivos e do manto da Terra são as olvinas e as piroxenas, que podem conter grandes quantidades de ferro nas suas redes cristalinas.

Na Natureza, o ferro encontra-se combinado, como componente dos silicatos, ou livre, sob a forma metálica. A observação das coleções de meteoritos mostra que existe uma gradação continua desde os mais ricos em metal aos mais pobres. Isto sugere que um processo comum terá afetado todos os corpos sólidos do Sistema Solar, provavelmente a redução dos silicatos, onde o ferro se encontrava sob a forma oxidada. Esta hipotese pode ser testada se se aquecer a alta temperatura um produto constituído por olivina de constituição próxima das olivinas dos meteoritos primitivos, ela funde parcialmente e perde uma grande parte do seu ferro. Aparecem então pequenas esferas de ferro metálico, os côndrulos, cujas dimensões variam desde as mais pequenas no interior das olivinas às maiores na periferia. O ferro extraído agrupa-se sob a forma de grandes esferas líquidas de várias dezenas de micrones.

Esta reação química de redução é semelhante à que se verifica na extração do ferro metálico do minério, uma reação pela qual a olivina original perde parte do ferro, que se transforma, após redução, em ferro metálico. É interessante verificar como um processo tão simples reproduz, pelo menos no seu princípio, a composição da Terra.
Mostra bem que, se «fabricarmos» a Terra partindo da composição de um meteorito primitivo, irão formar-se: um manto silicatado composto por olivinas e piroxenas, pobres em ferro, na proporção de dois terços de olivinas para um terço de piroxenas; um núcleo metálico constituído por ferro, com vestígios de certos elementos leves, como o sílicio, e, finalmente, uma atmosfera e uma hidrosfera (elemento líquido) por emissão de certos gases, nomeadamente oxigénio.

A hematita (Fe2O3) é um dos minérios 
dos quais se extrai o ferro
 O homem precisou de várias dezenas de séculos para conseguir fabricar ferro metálico a partir das rochas que o rodeavam. Mas estas eram pobres em ferro, e só em condições muito especificas permitem o sucesso de tal operação.
A experiência à escala da Natureza teve realmente lugar no princípio da história da Terra. O material de partida, de que são testemunhos os meteoritos primitivos, continham cerca de 32% de ferro (em peso). Uma vez que a crustra terrestre não contém mais de 7,5% em média, isso significa que grande parte do ferro inicial se concentrou no centro da Terra, no núcleo. Para se chegar a este resultado, foi necessário, por um lado, que fosse transferido para o núcleo o ferro metálico presente nos planetesimais a partir dos quais a Terra se formou e, por outro, que o ferro disponível, sob forma oxidada, nos meteoritos, reduzido a ferro metálico.

Estas operações só puderam realizar-se a temperaturas altíssimas: o ferro puro funde a 1359 ºC à pressão atmosférica, e seria necessário atingir perto de 4000ºC para conseguir fundi-lo às pressões elevadas que reinam no centro da terra. Para que a Terra fosse assim aquecida, foi necessário uma energia poderosa. Esta terá sido produzida aquando da acreção dos planetesimais que formaram a Terra. Os seus choques devem ter libertado uma energia que, teoricamente, teria permitido que a temperatura atingisse os 25000ºC.
Mesmo que uma parte importante desta energia se tenha perdido quase instantaneamente no espaço, a que restou parece suficiente para explicar a fusão da Terra, a separação de uma grande parte do metal e a sua migração para o núcleo. Com efeito, o ferro metálico é bastante mais denso que os silicatos de onde é extraído, pelo que escorre para o undo e forma o núcleo. Este líquido metálico «escoa-se» assim para o centro da Terra, recolhendo no caminho as pequenas bolsas de metal líquido que vai encontrando. Na parte mais interior do núcleo, o ferro está submetido a temperaturas e pressões altíssimas (cerca de 5000ºC e 3,5 milhões de bares); isto provoca, provavelmente, a cristalização de uma parte do ferro líquido, que assim se transforma em ferro sólido.

Não existe uma maneira direta de medir a idade do núcleo da Terra nem de conhecer a velocidade da sua formação, pois essas amostras estão para sempre fora do alcance do homem. No entanto, podem datar-se os meteoritos metálicos que existem nas coleções: formaram-se todos num intervalo de tempo de, no máximo, algumas dezenas de milhões de anos, depois da formação dos meteoritos primitivos. A formação do ferro metálico a partir dos silicatos deve ter sido muito rápida. Esta hipótese parece lógica, pois as únicas fontes de calor suficientemente potentes que conhecemos são as desintegrações radioativas dos elementos com períodos de vida muito curtos, que se esgotam em uma dezena de milhões de anos, e a libertação quase instantânea da energia gravitacional no decurso das fases de acreção. Parece, portanto, que o núcleo terrestre se formou em menos de 60 milhões de anos depois da formação dos meteoritos.

Há cerca de 4500 milhões de anos que a Terra vem arrefecendo, mas o núcleo mantém-se quente, provavelmente pela desintegração do potássio radioativo que contém e pela energia libertada pelos movimentos dos cristais de metal no metal líquido. Uma parte do calo produzido liberta-se em direção à superfície, e as interações que se verificam entre o núcleo exterior e a base do manto são provavelmente a causa de grandes movimentos de conveção no manto, traduzidos à superfície pelo vulcanismo de ilhas oceânicas como o Havai.


Fonte:
A fabulosa história da Terra, Selecções Reader's Digest, Agosto de 2002



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«O condenado à morte deixou transparecer uma alegria comovida ao saber do indulto. Mas ao cabo de algum tempo, acentuando-se as melhora...