Síntese em alta pressão de U2[CO3]3 e U[CO3]2 como fases hospedeiras potenciais para urânio no manto da Terra

Calor oculto nas profundezas da Terra

Grande parte do calor interno da Terra provém da lenta desintegração radioativa de elementos como o urânio. Esse calor impulsiona a tectônica de placas, alimenta vulcões e molda o planeta ao longo de bilhões de anos. Ainda assim, os cientistas não sabem completamente onde, e em que forma, o urânio está armazenado nas profundezas do manto. Este estudo explora uma possibilidade inesperada: que certos materiais ricos em carbono, bem abaixo de nossos pés, possam abrigar urânio dentro de minerais especiais à base de carbono, ajudando a explicar como o calor é gerado e como os elementos se movimentam no interior da Terra.

Por que o lar profundo do urânio importa

Medições de partículas tênues chamadas geoneutrinos mostram que o urânio fornece uma parte significativa do calor interno da Terra. Perto da superfície, o urânio é encontrado em vários minerais, frequentemente ligado ao oxigênio em formas bem conhecidas, como uraninita e carbonatos de uranila. Mas o manto — a vasta camada rochosa entre a crosta e o núcleo — é diferente. Os minerais mais comuns do manto não aceitam facilmente grandes quantidades de urânio, de modo que devem existir outros hospedeiros, mais incomuns. Ao mesmo tempo, sabemos por diamantes e experimentos de alta pressão que partes do manto profundo podem ser surpreendentemente ricas em carbono. Isso levanta uma questão chave: será que minerais carbonatados, formados por grupos de carbono e oxigênio, podem aprisionar urânio sob as imensas pressões e altas temperaturas encontradas a centenas de quilômetros de profundidade?

Recriando o interior da Terra no laboratório

Para testar essa ideia, os pesquisadores recriaram condições semelhantes às da zona de transição da Terra, aproximadamente 600 quilômetros abaixo da superfície. Eles usaram um dispositivo chamado célula de bigorna de diamante, que comprime uma amostra minúscula entre dois diamantes para alcançar pressões da ordem de 20 gigapascais — mais de 200.000 vezes a pressão atmosférica. Colocaram um pequeno cristal de dióxido de urânio, um óxido comum de urânio, nessa câmara de pressão em miniatura e o envolveram com dióxido de carbono sólido. Em seguida, aqueceram a amostra com um laser até cerca de 1.800 kelvin, temperatura similar à esperada nessa parte do manto. Durante e após o aquecimento, sondaram a amostra usando espectroscopia Raman, que detecta como a luz interage com vibrações atômicas, e feixes potentes de raios X de síncrotron capazes de revelar o arranjo atômico de quaisquer novos cristais formados.

Descobrindo novos minerais que contêm urânio

Os experimentos mostraram que o dióxido de urânio reagiu com o dióxido de carbono comprimido para formar dois carbonatos de urânio inteiramente novos, ambos sem água em sua estrutura. Um composto, chamado U2[CO3]3, contém urânio num estado de carga relativamente baixo (frequentemente descrito como “trivalente”), enquanto o outro, U[CO3]2, possui urânio num estado de carga um pouco mais alto (“tetravalente”). Em ambos os minerais, o carbono e o oxigênio formam grupos planos, triangulares, que são empilhados e conectados de maneiras diferentes, com átomos de urânio envolvidos em gaiolas irregulares de oxigênio. Usando difração de raios X de síncrotron, a equipe determinou o arranjo tridimensional detalhado dos átomos para cada composto. Eles então empregaram cálculos avançados baseados na mecânica quântica para confirmar que esses arranjos são estáveis e para examinar quão compressíveis os novos minerais são sob pressão.

O que as estruturas atômicas revelam

Os dados estruturais e os cálculos mostram que esses novos carbonatos de urânio se comportam de forma semelhante a outros carbonatos de alta pressão que contêm metais mais comuns, como cálcio ou estrôncio. As distâncias entre os átomos de urânio e oxigênio, e a maneira como os grupos carbonato se ligam, são consistentes com ligações fortes e estáveis mesmo em pressões muito altas. Importante, o urânio está presente em formas mais reduzidas em comparação com seu estado altamente carregado habitual nos minerais de uranila próximos à superfície. Isso corresponde às condições mais pobres em oxigênio, “redutoras”, esperadas em profundidades maiores do manto. As propriedades mecânicas — a forma como os cristais se comprimem — também ficam na mesma faixa de outros carbonatos relevantes para o manto, sugerindo que essas fases poderiam sobreviver sob condições realistas do interior da Terra.

O que isso significa para o interior da Terra

Ao sintetizar e caracterizar esses dois novos carbonatos de urânio, o estudo mostra que minerais carbonatados simples, sem água, podem de fato abrigar urânio nas pressões e temperaturas do manto profundo, particularmente em regiões ricas em carbono. Isso fornece uma resposta plausível para onde parte do urânio da Terra pode residir à medida que placas tectônicas carregam rochas superficiais para baixo. Se carbonatos de uranila formados perto da superfície forem arrastados profundamente para o manto, eles podem se transformar em carbonatos de urânio mais reduzidos como os descobertos aqui, ajudando a armazenar elementos radioativos e seu calor longe da superfície. Trabalhos futuros sobre quão estáveis esses minerais são em conjunto com outras rochas do manto esclarecerão ainda mais como o urânio é repartido no interior da Terra e como contribui para o motor térmico de longo prazo do nosso planeta.

Citação: Spahr, D., Bayarjargal, L., Bykova, E. et al. High-pressure synthesis of U₂[CO₃]₃ and U[CO₃]₂ as potential host phases for uranium in the Earth’s mantle. Commun Chem 9, 112 (2026). https://doi.org/10.1038/s42004-026-01911-0

Palavras-chave: carbonatos de urânio, manto terrestre, minerais de alta pressão, ciclo profundo do carbono, calor radiogênico