Estudar a origem e a distribuição do hidrogénio é fundamental para compreender a formação planetária e a evolução da vida na Terra
Imagine todos os oceanos da Terra, que cobrem cerca de 70% do planeta e são compostos maioritariamente por hidrogénio. Agora, multiplique isso por nove. Essa poderá ser a quantidade de hidrogénio presente no núcleo terrestre, o que fará desta a maior reserva do elemento no planeta, estimaram recentemente os investigadores.
E nove "oceanos" de hidrogénio representam apenas o limite inferior do cálculo, uma vez que o núcleo pode conter o equivalente a 45 oceanos. Dito de outra forma, o hidrogénio pode representar cerca de 0,07% a 0,36% do peso total do núcleo da Terra, revelou um grupo de cientistas esta terça-feira na revista Nature Communications. Isto sugere que o nosso planeta adquiriu a maior parte da sua água (a principal fonte de hidrogénio na Terra) durante a sua formação, e não mais tarde, através do impacto de cometas que teriam deixado água na superfície, como sugeriram alguns especialistas. A explicação foi avançada por Dongyang Huang, autor principal do estudo e professor assistente na Escola de Ciências da Terra e do Espaço da Universidade de Pequim.
O investigador precisou, num e-mail enviado à CNN, que "o núcleo terrestre teria armazenado a maior parte da água no primeiro milhão de anos de história da Terra". Seguem-se, em abundância de água, o manto e a crosta. Dongyang Huang acrescentou ainda que "a superfície, onde reside a vida, é a que contém menos".
Há mais de 4,6 mil milhões de anos, rochas, gás e poeira em torno do nosso sol colidiram para formar um jovem planeta. Com o tempo, estas colisões moldaram o núcleo, o manto e a crosta terrestre. No interior profundo da Terra, e sob enorme pressão, um núcleo metálico denso, quente e fluido começou a agitar-se. Composto maioritariamente por ferro e níquel, é este núcleo que alimenta o campo magnético protetor do nosso planeta.
Rajdeep Dasgupta, professor de ciência dos sistemas terrestres no departamento de Ciências da Terra, Ambientais e Planetárias da Universidade de Rice, no Texas, esclareceu que "o hidrogénio só pode entrar no líquido metálico que forma o núcleo se estivesse disponível durante as principais fases de crescimento da Terra e tivesse participado na sua formação". O especialista não esteve envolvido nesta nova investigação.
Estudar a origem e a distribuição do hidrogénio é fundamental para compreender a formação planetária e a evolução da vida na Terra. Os cientistas questionam-se há muito sobre a quantidade de hidrogénio que poderá estar enterrada no motor de metal fundido do nosso planeta, tendo analisado interações químicas no ferro para tentar estimar a reserva deste elemento no núcleo metálico. No entanto, o núcleo é demasiado profundo para observação direta e as suas condições de alta pressão são difíceis de replicar em laboratório.
Em termos gerais, o hidrogénio é difícil de quantificar, justificou Dongyang Huang, "porque é o elemento mais leve e mais pequeno, o que significa que a sua quantificação está para além das capacidades dos métodos analíticos de rotina".
A baixa densidade do núcleo já tinha indiciado uma abundância de hidrogénio, embora fosse complicado para os investigadores determinar a quantidade em comparação com outros elementos conhecidos, algo mais fáceis de medir, como o silício e o oxigénio. Investigações anteriores deduziram a quantidade de hidrogénio no núcleo utilizando a difração de raios-X para observar a estrutura reticular nos cristais de ferro, que se expande mais na presença deste elemento. Porém, estas interpretações variavam bastante, indo de dez partes por milhão em peso a dez mil partes por milhão (ou seja, de 0,1 oceanos a mais de 120 oceanos), refere o estudo.
Observações à escala atómica
"A técnica é fundamentalmente diferente dos métodos anteriores", sublinhou o autor principal. Os investigadores afiam as amostras em formas semelhantes a agulhas, com diâmetros de cerca de 20 nanómetros, colocando-as depois sob alta tensão minuciosamente controlada. Em seguida, os átomos das amostras são ionizados e contados um a um, explicou.
Para chegar a esta nova estimativa, os cientistas realizaram experiências que replicaram as temperaturas e pressões do núcleo, utilizando ferro como substituto do núcleo de metal líquido. O ferro foi derretido com recurso a lasers num dispositivo de alta pressão chamado célula de bigorna de diamante. Depois, observaram diretamente o hidrogénio e outros elementos do núcleo através de tomografia de sonda atómica, uma técnica que capta imagens em 3D e mede a composição química à escala atómica.
Esta abordagem baseia-se em pressupostos sobre a forma como os átomos estão dispostos no núcleo da Terra e como o silício, o oxigénio e o hidrogénio aí se dispersam, referiu Dongyang Huang. As experiências revelaram de que forma o hidrogénio interagiu com o silício e o oxigénio em nanoestruturas à medida que o metal arrefecia, sendo a proporção de hidrogénio para silício de cerca de um para um. Ao combinar as observações destas proporções nas amostras com estimativas anteriores de silício no núcleo, os investigadores conseguiram então aproximar a quantidade de hidrogénio presente.
Avaliar as incertezas
A interação observada entre o silício, o oxigénio e o hidrogénio nas nanoestruturas de ferro oferece pistas sobre como o calor pode ter sido libertado do núcleo para o manto para iniciar o processo de construção do campo magnético da Terra, algo "indispensável para transformar a Terra num local habitável", defendeu o investigador de Pequim.
Contudo, os cientistas alertaram que será necessário mais trabalho para confirmar e afinar esta estimativa, uma vez que a abordagem indireta inclui incertezas e não aborda outras interações químicas que podem afetar os cálculos relativos ao hidrogénio no núcleo.
De facto, a quantidade de hidrogénio pode ser muito superior ao que a nova estimativa sugere, notou Kei Hirose, professor na Escola de Ciências da Universidade de Tóquio, que estuda a composição do núcleo terrestre, mas que não esteve envolvido nesta investigação.
Uma das áreas de incerteza prende-se com a quantidade de hidrogénio nas amostras de ferro que escapou durante a descompressão. Esta perda já foi documentada noutros estudos, mas não foi incluída nos novos cálculos. O trabalho de Kei Hirose tinha estimado anteriormente que o hidrogénio representa entre 0,2% e 0,6% do peso do núcleo da Terra, um valor "superior ao proposto neste novo artigo", indicou o especialista à CNN por e-mail.
Se as medições e a hipótese dos autores se confirmarem, "isso sugerirá que o hidrogénio foi distribuído ao longo do crescimento da Terra", perspetivou Rajdeep Dasgupta. O gás das nebulosas, bem como a água de cometas e asteroides, também podem ter sido uma fonte de hidrogénio para o nosso planeta, acrescentou Kei Hirose.
O hidrogénio é um elemento essencial para a vida na Terra, "juntamente com o carbono, o azoto, o oxigénio, o enxofre e o fósforo", recordou Rajdeep Dasgupta, cuja investigação analisa o papel desempenhado por estes elementos voláteis durante a formação da Terra. A concluir, o investigador traçou uma certeza: "O novo artigo irá, sem dúvida, informar a nossa futura síntese e discussão sobre este tema".
