Imagine todos os oceanos da Terra, que cobrem cerca de 70% do planeta e são compostos principalmente de hidrogênio. Agora multiplique isso por nove. Essa pode ser a quantidade de hidrogênio no núcleo da Terra, possivelmente tornando-o o maior reservatório de hidrogênio do planeta, segundo estimativas recentes de pesquisadores.

E nove “oceanos” de hidrogênio é o valor mínimo estimado; pode haver o equivalente a até 45 oceanos de hidrogênio aprisionados no núcleo. Em outras palavras, o hidrogênio pode representar aproximadamente de 0,36% a 0,7% do peso total do núcleo da Terra, relataram cientistas nesta terça-feira (10) na revista Nature Communications.

Isso sugere que a Terra adquiriu a maior parte de sua água — a principal fonte de hidrogênio do planeta — durante sua formação, e não posteriormente por meio de impactos de cometas que teriam deixado água na superfície do planeta, como alguns cientistas sugeriram, disse o autor principal do estudo, Dongyang Huang, professor assistente da Escola de Ciências da Terra e do Espaço da Universidade de Pequim.

“O núcleo da Terra armazenaria a maior parte da água durante o primeiro milhão de anos da história do planeta”, disse Huang à CNN por e-mail. Em seguida, em termos de abundância de água, vêm o manto e a crosta. “A superfície — onde reside a vida — contém a menor quantidade”, afirmou.

Há mais de 4,6 bilhões de anos, rochas, gás e poeira ao redor do nosso Sol colidiram para formar um planeta jovem. Ao longo do tempo, essas colisões moldaram o núcleo, o manto e a crosta da Terra. No interior profundo da Terra, sob enorme pressão, um núcleo metálico denso, quente e fluido começou a se agitar. Composto principalmente de ferro e níquel, ele alimenta o campo magnético protetor da Terra.

“O hidrogênio só pode entrar no líquido metálico formador do núcleo se estava disponível durante as principais fases de crescimento da Terra e participou da formação do núcleo”, disse Rajdeep Dasgupta, professor de ciências do sistema terrestre no departamento de Ciências da Terra, Ambientais e Planetárias da Universidade Rice, no Texas. Dasgupta não participou da nova pesquisa.

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Estudar a origem e a distribuição do hidrogênio é fundamental para compreender a formação planetária e a evolução da vida na Terra. Os cientistas há muito se perguntam quanto hidrogênio pode estar enterrado no núcleo metálico da Terra e analisaram interações químicas no ferro para tentar estimar a reserva de hidrogênio desse núcleo. Mas o núcleo é muito profundo para observação direta, e suas condições de alta pressão são difíceis de replicar em laboratório.

De modo geral, o hidrogênio é difícil de quantificar “porque é o elemento mais leve e menor, o que significa que sua quantificação está além das capacidades dos métodos analíticos de rotina”, disse Huang.

A baixa densidade no núcleo já havia sugerido uma abundância de hidrogênio, embora fosse difícil para os cientistas determinar a quantidade com precisão, em comparação com outros elementos conhecidos do núcleo que eram um pouco mais fáceis de medir, como o silício e o oxigênio.

Pesquisas anteriores inferiram a quantidade de hidrogênio no núcleo usando difração de raios X para analisar a estrutura cristalina do ferro, que se expande mais quando o hidrogênio está presente. Mas essas interpretações variaram amplamente, de 10 partes por milhão em peso a 10.000 partes por milhão (ou 0,1 oceano a mais de 120 oceanos), de acordo com o estudo.

“A técnica é fundamentalmente diferente dos métodos anteriores”, disse Huang. Os pesquisadores moldam as amostras em formatos de agulha com diâmetros de cerca de 20 nanômetros (0,0000007874 polegadas) e, em seguida, as submetem a uma alta voltagem rigorosamente controlada. Depois, os átomos das amostras são ionizados e contados um a um, explicou ele.

Para criar a nova estimativa, os cientistas realizaram experimentos replicando as temperaturas e pressões do núcleo, usando ferro como substituto para o núcleo de metal líquido. Eles fundiram o ferro com lasers em um dispositivo de alta pressão chamado célula de bigorna de diamante e, em seguida, observaram diretamente o hidrogênio e outros elementos do núcleo usando tomografia de sonda atômica, que captura imagens 3D e mede a composição química em escala atômica.

Essa abordagem se baseia em suposições sobre como os átomos estão dispostos no núcleo da Terra e como o silício, o oxigênio e o hidrogênio se dispersam ali, disse Huang. Seus experimentos revelaram como o hidrogênio interagiu com o silício e o oxigênio em nanoestruturas à medida que o metal esfriava, com a proporção de hidrogênio para silício sendo aproximadamente de 1 para 1.

Combinando observações dessas proporções nas amostras com estimativas anteriores de silício no núcleo, os pesquisadores conseguiram aproximar a quantidade de hidrogênio no núcleo.

A interação observada entre silício, oxigênio e hidrogênio em nanoestruturas de ferro oferece pistas sobre como o calor pode ter sido liberado do núcleo para o manto, iniciando o processo de formação do campo magnético da Terra, “que é indispensável para tornar a Terra um lugar habitável”, disse Huang.

No entanto, os cientistas alertaram que será necessário mais trabalho para confirmar e refinar essa estimativa, uma vez que essa abordagem indireta inclui incertezas e não aborda outras interações químicas que podem afetar os cálculos do hidrogênio central.

Na verdade, a quantidade de hidrogênio no núcleo pode ser muito maior do que a nova estimativa sugere, disse Kei Hirose, professor da Escola de Ciências da Universidade de Tóquio, que estuda a composição do núcleo da Terra, mas não participou da nova pesquisa.

Uma área de incerteza é a quantidade de hidrogênio presente nas amostras de ferro que escapou durante a descompressão; essa perda foi documentada em outros estudos, mas não foi incluída nos novos cálculos. O trabalho anterior de Hirose estimou que o hidrogênio representa de 0,2% a 0,6% do peso do núcleo da Terra, “mais do que este novo artigo propôs”, disse ele à CNN por e-mail.

Se as medições e hipóteses dos autores se confirmarem, “isso sugerirá que o hidrogênio foi fornecido ao longo do crescimento da Terra”, disse Dasgupta. Gás de nebulosas, bem como água de cometas e asteroides, também podem ter sido uma fonte de hidrogênio da Terra, acrescentou Hirose.

O hidrogênio é um elemento essencial para a vida na Terra, “juntamente com carbono, nitrogênio, oxigênio, enxofre e fósforo”, disse Dasgupta, cuja pesquisa investiga o papel desempenhado por esses elementos voláteis durante a formação da Terra. “O novo artigo certamente contribuirá para nossas futuras sínteses e discussões sobre esse tema.”