A presença de Mg primordial pode explicar a camada sísmica de baixa velocidade na porção mais externa do núcleo externo da Terra

Por que o coração profundo da Terra importa

Bem abaixo de nossos pés, a mais de 2.800 quilômetros de profundidade, encontra-se o núcleo externo líquido da Terra, a região metálica em convulsão que alimenta nosso campo magnético e ajuda a tornar o planeta habitável. Ondas sísmicas geradas por terremotos revelam que o topo dessa camada externa é estranhamente lento na propagação do som, formando uma misteriosa camada de baixa velocidade conhecida como camada E′. Este artigo investiga se um elemento familiar — magnésio, comum nas rochas da superfície terrestre — entrou no núcleo durante a juventude violenta do planeta e agora ajuda a explicar essa camada oculta e enigmática.

Uma zona estranha e lenta nas profundezas da Terra

Os sismólogos modelam o interior da Terra rastreando como as ondas sísmicas aceleram ou desaceleram ao atravessar diferentes camadas. Modelos padrão, como o amplamente usado perfil PREM, descrevem o núcleo externo como um líquido denso e rico em ferro, levemente “aligeirado” por pequenas quantidades de elementos como silício, oxigênio, enxofre, carbono e hidrogênio. Mas modelos sísmicos mais recentes mostram que, nos primeiros centenas de quilômetros do núcleo externo, as ondas sonoras se deslocam até cerca de 1% mais devagar do que o esperado. Ideias existentes tentaram explicar isso com uma estratificação química do núcleo externo, mas todos os elementos “leves” usuais tendem a aumentar a velocidade do som no ferro, não a diminuí-la. Isso gerou um paradoxo: parecia impossível criar uma camada que fosse simultaneamente lenta o suficiente para corresponder aos dados sísmicos e leve o bastante para permanecer estratificada de forma estável em vez de afundar.

Testando magnésio em ferro líquido

Os autores focam no magnésio, um elemento abundante no manto, mas tradicionalmente pensado como raro no núcleo. Experimentos em altas pressões sugeriram que algum magnésio poderia dissolver-se em ferro fundido durante as condições intensas da formação da Terra, especialmente durante o impacto gigante que formou a Lua. No entanto, até agora não havia cálculos robustos de como o magnésio altera a densidade e a velocidade do som do ferro líquido nas pressões e temperaturas extremas do núcleo externo. Usando dinâmica molecular de primeiros princípios, um método de simulação baseado em mecânica quântica, os pesquisadores modelaram ferro líquido misturado com diferentes pequenas frações de magnésio em pressões de até 340 gigapascais e temperaturas de até 7.500 kelvin — condições que correspondem às encontradas nas profundezas da Terra.

Como o magnésio altera as propriedades do núcleo

As simulações mostram que, à medida que o magnésio é adicionado ao ferro líquido, tanto a densidade quanto a velocidade das ondas compressionais (análogas ao som) declinam de forma quase linear. O efeito na velocidade do som é modesto, mas, crucialmente, oposto ao de outros elementos leves, que tendem a aumentar a velocidade das ondas. Ao combinar seus novos resultados para ferro–magnésio com dados prévios para outros elementos leves, os autores construíram modelos da composição do núcleo externo que devem simultaneamente corresponder às densidades sísmicas, às velocidades sísmicas e a limites químicos razoáveis sobre quanto de cada elemento o núcleo pode conter. Testaram tanto um núcleo externo uniformemente misturado quanto uma estrutura em duas camadas com uma camada superior distinta. Em todos os modelos bem-sucedidos, o magnésio é necessário no núcleo externo, com valores típicos entre cerca de 0,5 e 1,8 por cento em massa, e particularmente concentrado nos primeiros centenas de quilômetros — precisamente onde a camada E′ é observada.

Colisões cósmicas e uma casca rica em magnésio

Esses achados sugerem uma história de origem dramática para a camada E′. Antes da colisão que formou a Lua, a Terra provavelmente já possuía um núcleo de ferro líquido contendo algum silício e hidrogênio, mas relativamente pouco magnésio. O impacto gigante teria aquecido partes do planeta a temperaturas extremas, permitindo que magnésio extra, junto com silício e oxigênio, se dissolvesse no metal que então afundou em direção ao núcleo já existente. Como esse metal rico em magnésio era relativamente mais flutuante, ele se acumulou formando uma casca estratificada no topo do núcleo externo. Ao longo de bilhões de anos de resfriamento, alguns componentes, como sílica, água, óxido de ferro e talvez óxido de magnésio, podem ter lentamente cristalizado ou exsolvido de volta para o manto. O que permaneceu foi um núcleo externo superior enriquecido em magnésio e um tanto empobrecido em oxigênio — exatamente o tipo de composição que seria levemente mais leve e propagaria ondas sísmicas mais devagar, correspondendo à camada E′.

O que isso significa para o nosso planeta

Para um não especialista, o núcleo pode parecer remoto, mas sua composição molda o campo magnético da Terra, o fluxo de calor e a evolução de longo prazo do planeta. Este estudo mostra que uma quantidade relativamente pequena de magnésio primordial no núcleo externo pode resolver um enigma de longa data sobre a camada de baixa velocidade E′ sem violar restrições químicas ou sísmicas fundamentais. Também ajuda a explicar por que o manto silicatado da Terra é um pouco mais pobre em magnésio do que alguns meteoritos primitivos, o que implica que uma fração mensurável de magnésio está oculta nas profundezas do núcleo. Em termos simples, os autores argumentam que traços de magnésio, entregues e rearranjados durante o colossal impacto que formou a Lua, deixaram uma fina camada rica em magnésio no núcleo externo — sutil, mas suficientemente poderosa para que ondas de terremotos a detectem através de todo o planeta.

Citação: Liu, T., Jing, Z. Presence of primordial Mg can explain the seismic low-velocity layer in the Earth’s outermost outer core. Nat Commun 17, 1886 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68572-4

Palavras-chave: Núcleo da Terra, magnésio, ondas sísmicas, impacto gigante, composição do núcleo externo