Sinais de estruturas misteriosas perto do núcleo foram detectados no campo magnético da Terra.

Enquanto enviámos sondas a milhares de milhões de quilómetros rumo ao espaço interestelar, o ser humano mal começou a explorar o próprio planeta - e nem sequer conseguiu atravessar por completo a crosta, que é surpreendentemente fina.

O que sabemos sobre o interior profundo da Terra vem sobretudo da geofísica, e cada novo dado é valioso. A estrutura básica, contudo, está bem estabelecida: uma crosta sólida, um manto rochoso, um núcleo externo líquido e um núcleo interno sólido.

O que acontece com precisão em cada uma dessas camadas - e, principalmente, nas interfaces que as separam - continua em grande parte por explicar. A nossa investigação recorre ao magnetismo terrestre para iluminar a fronteira mais decisiva do interior do planeta: o limite núcleo-manto.

O limite núcleo-manto e a energia do geodínamo

A cerca de 3.000 km abaixo dos nossos pés, o núcleo externo é como um oceano incompreensivelmente profundo de liga de ferro fundida, em agitação contínua. Esse movimento incessante gera um campo magnético global que se estende muito para além da atmosfera, para o espaço. Manter esse geodínamo - e a “barreira” magnética que ele sustenta há vários milhares de milhões de anos, ajudando a proteger a Terra de radiação nociva - exige uma enorme quantidade de energia.

Essa energia chegou ao núcleo na forma de calor durante a formação do planeta. Porém, ela só pode alimentar o geodínamo quando esse calor consegue fluir para fora, sendo conduzido do núcleo para as rochas mais frias e sólidas do manto que “flutuam” acima.

Sem essa transferência interna maciça de calor - do núcleo para o manto e, por fim, através da crosta até à superfície - a Terra seria mais parecida com os nossos vizinhos mais próximos, Marte e Vénus: um mundo magneticamente morto.

Além de sustentar a bússola e a navegação, o campo magnético influencia o ambiente espacial ao redor do planeta e pode afetar sistemas tecnológicos modernos. Por isso, compreender o que controla a sua estabilidade ao longo de centenas de milhões de anos não é apenas uma curiosidade académica: ajuda a ligar processos profundos da Terra a consequências observáveis à superfície.

As “Bolhas” no limite núcleo-manto

Mapas sísmicos mostram como varia a velocidade de ondas sísmicas (vibrações de energia acústica) que atravessam o manto rochoso, especialmente na sua porção mais inferior, imediatamente acima do núcleo. Nesses mapas destacam-se duas regiões gigantes próximas ao equador - uma sob a África e outra sob o Oceano Pacífico - onde as ondas sísmicas se propagam mais devagar do que no restante do manto inferior.

O que torna essas grandes estruturas basais do manto inferior especiais ainda não é totalmente claro. Aqui vamos chamá-las de Bolhas. Elas são feitas de rocha sólida semelhante à do manto ao redor, mas podem ter temperatura mais elevada, composição diferente, ou as duas coisas ao mesmo tempo.

Se a base do manto tiver contrastes térmicos intensos, isso deveria interferir no núcleo externo líquido logo abaixo e, por consequência, no campo magnético que ali se gera. Como o manto sólido se move e troca calor a um ritmo extremamente lento - na ordem de milímetros por ano - qualquer assinatura magnética associada a diferenças de temperatura marcantes pode permanecer detetável por milhões de anos.

Um ponto importante é que esses mapas não “fotografam” diretamente a temperatura: eles inferem propriedades internas a partir da forma como as ondas sísmicas se comportam. Por isso, para transformar indícios sísmicos em conclusões sobre o campo magnético, é necessário combinar diferentes linhas de evidência - exatamente o que fizemos ao juntar registros em rochas com simulações numéricas.

De rochas a supercomputadores

O nosso estudo apresenta novas evidências de que essas Bolhas são mais quentes do que o manto inferior circundante - e de que isso deixou uma marca perceptível no campo magnético da Terra ao longo de, pelo menos, os últimos poucos centenas de milhões de anos.

Quando rochas ígneas, recém-solidificadas a partir de magma, arrefecem na superfície sob a influência do campo magnético terrestre, elas adquirem uma magnetização permanente. Essa magnetização fica alinhada com a direção do campo magnético naquele momento e naquele local.

Já se sabe há muito tempo que essa direção varia com a latitude. O que observámos, porém, é que as direções magnéticas registadas por rochas com até 250 milhões de anos pareciam também depender da longitude onde essas rochas se formaram. Esse padrão era especialmente evidente em baixas latitudes. A hipótese natural, então, foi perguntar: as Bolhas poderiam estar por trás disso?

A confirmação veio ao comparar essas observações magnéticas com simulações do geodínamo executadas num supercomputador. Num primeiro conjunto de simulações, assumiu-se que o fluxo de calor do núcleo para o manto tinha a mesma intensidade em toda a parte.

Nessas condições, as simulações ou mostravam pouca tendência de o campo magnético variar com a longitude, ou então produziam um campo que colapsava para um estado persistentemente caótico - algo que não combina com o que os dados indicam.

O cenário mudou quando impusemos, na superfície do núcleo, um padrão com variações fortes na quantidade de calor “sugada” para o manto. Nesse caso, os campos magnéticos simulados passaram a comportar-se de outro modo.

O resultado mais revelador apareceu quando assumimos que o fluxo de calor que entra nas Bolhas era cerca de metade do que entra noutras partes mais frias do manto. Assim, os campos magnéticos gerados nas simulações passaram a exibir estruturas longitudinais que lembram as registadas em rochas antigas.

Outro achado foi que esses campos ficaram menos propensos a colapsar. Em outras palavras: introduzir as Bolhas permitiu reproduzir a estabilidade observada do campo magnético da Terra numa faixa mais ampla de condições.

Por que as Bolhas alteram o campo magnético

O que parece estar a ocorrer é que as duas Bolhas quentes funcionam como uma espécie de isolante para o metal líquido abaixo delas. Ao reduzir a perda de calor, elas impedem que esse fluido arrefeça, se contraia termicamente e afunde para o interior do núcleo. Como é justamente o fluxo do fluido do núcleo que gera o campo magnético, essas “poças” mais estagnadas de metal não participam plenamente do processo do geodínamo.

Além disso, de forma semelhante a quando um telemóvel perde sinal ao ser colocado dentro de uma caixa metálica, essas regiões estacionárias de líquido condutor tendem a “blindar” parte do campo magnético gerado pelo fluido em circulação mais abaixo.

O resultado é que as enormes Bolhas podem induzir padrões característicos - variando com a longitude - na forma e na variabilidade do campo magnético terrestre. E isso corresponde ao que foi registado por rochas formadas em baixas latitudes.

Um campo geralmente simples, com colapsos raros

Na maior parte do tempo, o campo magnético da Terra é bastante parecido com o que seria produzido por um ímã de barra alinhado com o eixo de rotação do planeta. É por isso que, na maioria dos lugares e na maioria do tempo, uma bússola aponta aproximadamente para o norte.

Ao longo da história geológica, já ocorreram colapsos para estados fracos e multipolares muitas vezes, mas eles são relativamente raros, e o campo parece ter recuperado com relativa rapidez depois. Pelo menos nas simulações, as Bolhas ajudam a explicar por que essa recuperação pode ser mais provável.

Também vale notar que compreender essas influências profundas melhora a interpretação de registros paleomagnéticos usados para reconstruir a movimentação das placas tectónicas. Se parte do sinal depende da longitude devido a processos no limite núcleo-manto, isso ajuda a separar o que é efeito do campo e o que é efeito do movimento das placas - refinando a leitura do passado geológico.

O que ainda falta entender

Ainda temos muito a aprender sobre o que exatamente são as Bolhas e como elas se originaram. Mesmo assim, se elas de facto contribuem para manter o campo magnético mais estável - e, portanto, mais útil para a humanidade - talvez tenhamos motivos para lhes agradecer.

Andrew Biggin, Professor de Geomagnetismo, Universidade de Liverpool

Este artigo foi republicado do portal “A Conversa”, sob uma licença “Bens Comuns Criativos”.