Pesquisadores encontram indícios de que o núcleo da Terra pode conter água equivalente a até 45 oceanos.

No âmago mais profundo do planeta, parece haver muito mais do que se imaginava - e isso pode reescrever a história da água na Terra.

Experiências laboratoriais recentes, desenhadas para reproduzir as condições brutais do interior terrestre, indicam que o núcleo da Terra pode armazenar quantidades enormes de hidrogénio. Se todo esse hidrogénio se combinasse com oxigénio para formar água, o volume resultante seria equivalente a dezenas de oceanos. A descoberta mexe com uma das grandes questões da ciência planetária: qual é, afinal, a verdadeira origem da água da Terra?

Como sabemos (sem ver) o que acontece dentro da Terra

Ninguém consegue observar o núcleo diretamente. Ele começa a cerca de 2.900 km abaixo dos nossos pés. Perfurações alcançam apenas alguns quilómetros; todo o resto depende de medições indiretas e modelos matemáticos. Desde o início do século XX, geofísicos usam a propagação de ondas sísmicas de terramotos como um “raio-X” do interior do planeta.

Em 1936, a sismóloga dinamarquesa Inge Lehmann mostrou, com base nesses dados, que o núcleo não é uniforme: existe um núcleo interno sólido e um núcleo externo líquido. A velocidade das ondas permite estimar a densidade dessas camadas. Ao comparar esses valores com meteoritos ricos em ferro, consolidou-se o modelo clássico: o núcleo é composto sobretudo por ferro e níquel.

Só que um detalhe sempre incomodou os especialistas. Se o núcleo fosse apenas ferro-níquel, ele deveria ser mais denso do que os dados sugerem. Ou seja: algo mais leve precisa estar misturado ali.

Elementos leves no núcleo da Terra: não é só metal

A partir da década de 1960, pesquisadores passaram a considerar que o núcleo também conteria elementos leves, como enxofre, silício, oxigénio, carbono e hidrogénio. Hoje há sinais fortes de que todos esses elementos estão presentes - embora em proporções pequenas.

E é justamente essa “pequena fração” que torna o tema difícil. As evidências vêm de medições indiretas, simulações e experiências de alta pressão. No caso do hidrogénio, o desafio é ainda maior: além de ser o elemento mais leve, ele também tem um átomo extremamente pequeno, escapando com facilidade dos métodos tradicionais. Pequenas incertezas experimentais podem deslocar bastante a estimativa final.

Para reduzir essas dúvidas sobre o “material leve” em falta, equipas de pesquisa têm recorrido a arranjos laboratoriais cada vez mais extremos.

Mini-Terra em laboratório: reproduzindo o núcleo da Terra com diamante e laser

O estudo mais recente utilizou um protocolo sofisticado para simular o ambiente do núcleo. A técnica parece saída de ficção científica: em células de bigorna de diamante, amostras microscópicas são comprimidas entre duas pontas de diamante (material ultra-duro) e aquecidas por laser, até atingir pressões acima de 100 GPa e temperaturas em torno de 4.800 °C - valores comparáveis aos do núcleo externo.

Foram usados dois materiais:

• Ferro com composição próxima da esperada para o material do núcleo
• Vidro de silicato hidratado, como modelo do oceano de magma da Terra jovem

Sob essas condições extremas, elementos conseguem migrar de um material para o outro. A ideia é imitar o processo da formação planetária em que o núcleo metálico se separou do manto silicático.

Mapeamento ao nível do átomo com microscopia avançada

Depois do “cozimento” em laboratório, a equipa analisou as amostras com uma técnica de altíssima resolução chamada tomografia por sonda atómica. Ela permite reconstruir, em 3D, onde estão átomos individuais e quantificar quanto de cada elemento ficou no material.

Com isso, os cientistas estimaram a distribuição de silício, oxigénio e hidrogénio no “núcleo” artificial criado no laboratório.

Resultado principal: o núcleo da Terra pode conter entre 0,07% e 0,36% em massa de hidrogénio - o equivalente a 9 a 45 oceanos em potencial, se convertido em água.

Importante: esse número refere-se apenas ao hidrogénio ligado no núcleo, não à água já presente nos oceanos, às reservas no manto ou ao gelo nas regiões polares.

O que isso revela sobre a origem da água da Terra

Há décadas, especialistas discutem de onde veio a água do nosso planeta. Em linhas gerais, duas hipóteses disputam espaço:

• A água (ou os seus componentes) já existia no material que formou a Terra e foi armazenada em profundidade durante a diferenciação do planeta.
• A água chegou sobretudo mais tarde, trazida por impactos de cometas e asteroides ricos em água.

Os novos dados favorecem fortemente o primeiro cenário. Se, no começo da história terrestre, quantidades relevantes de hidrogénio conseguiram entrar e ficar retidas no núcleo, isso indica que a Terra jovem já era relativamente rica em voláteis. Nesse caso, uma parte importante da água teria sido adquirida durante a formação do planeta - e não apenas numa “fase tardia” marcada por uma chuva de corpos gelados.

Se a hipótese do bombardeamento tardio fosse dominante, seria esperado que a maior parte do hidrogénio aparecesse principalmente nas regiões externas (crosta, manto e oceanos). O indício de hidrogénio no núcleo encaixa melhor num aporte mais cedo, ainda na infância da Terra.

Um ponto adicional que ganha força com esse tipo de estudo é a ligação com assinaturas químicas usadas em geociências. Diferenças nas proporções de hidrogénio e outros voláteis entre reservatórios (superfície, manto e interior profundo) podem, em princípio, refletir-se em padrões que ajudam a separar o que é “herdado” da formação planetária do que foi “entregue” por impactos mais tarde.

Quão confiáveis são esses números?

O trabalho foi publicado na revista Nature Communications e gerou bastante debate entre geocientistas. Os próprios autores alertam que há possíveis vieses experimentais: mínimas variações de pressão, temperatura ou preparação da amostra podem provocar diferenças relevantes quando se trabalha em condições tão extremas.

Ainda assim, o estudo é valioso porque costura áreas que muitas vezes ficam separadas: física do núcleo, experiências de alta pressão e modelos para a formação da água da Terra. O próximo passo é que outros grupos repitam testes semelhantes - com parâmetros ligeiramente diferentes - para verificar se a fração de hidrogénio no núcleo se mantém na mesma ordem de grandeza.

Por que hidrogénio no núcleo não é só uma curiosidade

A presença de hidrogénio no interior profundo não muda apenas o “passado” da água: ela também pode alterar as propriedades físicas do núcleo. Elementos leves afetam densidade, ponto de fusão e viscosidade do metal, influenciando a dinâmica do núcleo externo líquido.

Isso tem impacto direto no geodínamo, o mecanismo que gera o campo magnético terrestre. Dependendo da mistura entre ferro, níquel e elementos leves, a convecção no núcleo externo pode acelerar ou desacelerar - e isso está ligado à estabilidade do campo magnético que protege a superfície da radiação solar.

Em última instância, quanto hidrogénio e outros elementos leves existem no núcleo ajuda a determinar se a Terra mantém um campo magnético estável - uma condição-chave para um ambiente de superfície favorável à vida.

Além disso, compreender esse “reservatório interno” ajuda a interpretar por que o planeta consegue sustentar oceanos por bilhões de anos: um ciclo profundo de elementos voláteis pode atuar como amortecedor em escalas de tempo geológicas, afetando também o que chega à superfície por processos como vulcanismo e degaseificação do manto.

O que isso pode significar para outros planetas

Os resultados levantam perguntas sobre os nossos vizinhos no Sistema Solar. Por que a Terra tem oceanos vastos e um campo magnético relativamente forte, enquanto Marte e Mercúrio são muito mais secos e magneticamente fracos? Uma explicação plausível é que a composição inicial e a quantidade de elementos leves incorporados ao núcleo foram diferentes.

Se for confirmado que a Terra prendeu grandes quantidades de hidrogénio cedo no interior, isso pode ajudar a explicar por que ela conseguiu manter água na superfície por tanto tempo. Planetas sem um “armazenamento interno” comparável podem ter perdido água mais rapidamente para o espaço.

Termos e conceitos (explicados sem complicar)

Algumas expressões técnicas associadas ao estudo aparecem cada vez mais em notícias e divulgações:

• GPa (gigapascal): unidade de pressão. 1 GPa equivale a cerca de 10.000 vezes a pressão atmosférica ao nível do mar.
• Oceano de magma: etapa inicial da Terra em que grandes porções do planeta estavam em estado de rocha derretida.
• Célula de bigorna de diamante: dispositivo que comprime amostras minúsculas a pressões enormes, aproveitando a dureza extrema do diamante.
• Tomografia por sonda atómica: técnica de microscopia que reconstrói a posição de átomos individuais dentro de um material.

Ferramentas como essas estão a tornar-se cada vez mais comuns na ciência planetária, porque permitem inferir processos ocorridos há mais de 4 bilhões de anos, impossíveis de serem observados diretamente.

Nos próximos anos, a tendência é ver experiências ainda mais refinadas, capazes de medir simultaneamente o papel de vários elementos leves. Ao quantificar em conjunto como enxofre, carbono, oxigénio e hidrogénio interagem dentro do núcleo, será possível apertar as margens de incerteza - e chegar mais perto de responder quanto “água escondida” a Terra realmente guarda no seu interior.