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Mecânica quântica pode abalar a nossa compreensão do campo magnético da Terra



O campo magnético da Terra faz bem mais do que guiar nossas bússolas e causar uma preocupação ocasional. É parte do motivo de existir vida nesse planeta, ele nos protege de radiação solar daninha que pode soprar pra longe nossa camada de ozônio.

Mas ainda tem muito sobre o campo magnético que os cientistas não entendem. Mais importante ainda, eles estão tendo problemas para descobrir por que ele é tão forte. Uma equipe decidiu examinar mais de perto o papel dos elementos individuais no planeta que se pensa que influenciam o campo. Parece que a maneira como o níquel se comporta em menores escalas pode ajudar a explicar a força do campo magnético, ao ponto de alguns modelos existentes precisarem ser repensados. Entender o campo magnético da Terra tem implicações para tudo o que depende dele, incluindo atividades que requerem perfuração no subsolo.

“Esta é uma nova idéia colocada na linha de pesquisa de geofísica de que o níquel foi negligenciado pela explicação da geodinâmica, o mecanismo que criar o campo magnético”, escreve o autor da pesquisa Giorgio Sangiovanni do Instituto de Física Teórica e Astrofísica da Universidade de Würzburg na Alemanha ao Gizmodo.

No seu nível mais básico, a Terra provavelmente obtém seu campo magnético a partir de gradientes de temperatura no núcleo externo, fazendo com que o metal faça o movimento de convecção – isso é mais ou menos a forma como a água se move em uma jarra de água fervente. Os metais podem conduzir eletricidade. Assim, os metais em movimento combinados com a rotação da Terra podem criar tubos de corrente elétrica que apontam para os pólos. Anéis de corrente elétrica geram campos magnéticos através deles, então toda a Terra acaba parecendo um ímã onde os pólos se alinham com os topos e fundos dos tubos.

O problema, sobre o qual as pessoas estão falando há um tempo, é que existe uma outra maneira de transferir o calor entre os elementos ao redor do núcleo, a condução, que não exige que os metais se movam fisicamente. Nesse caso, a energia apenas passa entre enquanto os átomos se tocam uns nos outros, como a forma como o calor percorre a alça da panela que está com a água fervendo. Mas se o núcleo externo perder muito calor através da condução, então não há energia suficiente para conduzir a convecção que cria o campo magnético. Os cientistas pensam que esse pode ser o caso, e estão procurando uma fonte de energia extra que possa gerar o campo magnético que eles observam.

Sangiovanni e seus colegas decidiram fazer cálculos sobre os metais no núcleo interno, para ver se eles poderiam encontrar alguma da energia perdida. Mas diferente do núcleo externo, que é basicamente de ferro, o núcleo interno é 20 por cento de níquel. A equipe decidiu examinar como as propriedades mecânicas quânticas específicas do níquel e do ferro no núcleo sólido da Terra impactam o campo magnético.

Essas propriedades não são fundamentais o bastante para exigir que você se incline na cadeira, imaginando o gato de Schrödinger. Elas descrevem a estrutura de átomos de níquel e ferro em altas temperaturas, como os elétrons interagem nas coleções desses átomos e como os comportamentos desses elementos mudam sob altas pressões. Acontece que a forma do níquel em um sólido retarda a velocidade dos elétrons. Os elétrons também interagem e se afastam uns dos outros, impedindo que o níquel seja um bom condutor de calor, de acordo com o artigo publicado na Nature Communications. O ferro, no entanto, tem uma alta condutividade nas temperaturas e pressões encontradas no núcleo interno.


No átomo de níquel, os locais azuis de baixa energia poderiam resultar em elétrons mais lentos e menos condutividade (Hausoel et al, Nat Comm [2017])

Resumindo, os pesquisadores acham que o níquel poderia reduzir a condutividade geral do núcleo, fazendo com que ele mantenha a energia extra que impulsiona a convecção. E esta nova visão pode ter um efeito suficientemente grande para que os modelos do campo magnético da Terra precisem de alguma reestruturação.

Mas as descobertas dos pesquisadores não podem ser tomadas como fato ainda, eles ainda precisam calcular outras propriedades relacionadas a como o níquel conduz o calor. “Mas é promissor”, disse Sangiovanni. “Veremos depois que calcularmos outros fatores observáveis importantes”, como a condutividade térmica e elétrica.

Sangiovanni disse que alguns colegas com quem conversou ficaram surpresos, muitas pessoas estão observando como elementos mais leves como o silício influenciam a física do núcleo da Terra. “Eu diria que as pessoas durante muito tempo discutiram a possível presença de níquel no núcleo da Terra”, disse Dario Alfè, professor de física do Colégio Universitário de Londres, ao Gizmodo, “mas ninguém realmente discutiu da maneira como os pontos que o trabalho Giorgio aponta, o efeito do níquel sobre a condutividade do núcleo”.

Posto tudo isso, você pode se consolar com o fato de não saber como funciona o campo magnético da Terra, os cientistas também não sabem muito bem como ele funciona.

[Nature Communications]

Imagem do topo: NASA Goddard/Flickr

FONTE: GIZMODO BRASIL

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