Um estudo recente publicado na Nature Communications por cientistas da China e da Bélgica sugere que a fronteira núcleo-manto (CMB) de Mercúrio inclui uma camada de diamante, com potencial de até 18 quilômetros de espessura, nas profundezas do interior do planeta.

Mercúrio, o menor e mais interno planeta do nosso sistema solar, há muito tempo intriga os cientistas com sua superfície notavelmente escura e alta densidade de núcleo. Missões anteriores, como a nave espacial MESSENGER da NASA, revelaram que a superfície de Mercúrio contém quantidades significativas de grafite, uma forma de carbono.

Isso levou os pesquisadores a acreditar que a história inicial do planeta envolvia um oceano de magma rico em carbono. Phys.org falou com um dos coautores do estudo, Dr. Yanhao Lin, do Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research em Pequim.

"Muitos anos atrás, notei que o conteúdo extremamente alto de carbono de Mercúrio poderia ter implicações significativas. Isso me fez perceber que algo especial provavelmente aconteceu em seu interior", disse o Dr. Lin.

As informações mais detalhadas sobre Mercúrio vêm das missões MESSENGER e Mariner 10 da NASA.

Observações anteriores da sonda espacial MESSENGER revelaram que a superfície de Mercúrio é anormalmente escura devido à presença generalizada de grafite.

Acredita-se que a abundância de carbono na superfície tenha vindo de uma antiga camada de grafite que flutuou para a superfície no início. Isso sugere que Mercúrio já teve uma camada superficial derretida ou oceano de magma contendo uma quantidade significativa de carbono.

Com o tempo, à medida que o planeta esfriou e se solidificou, esse carbono formou uma crosta de grafite na superfície.

No entanto, os pesquisadores desafiam a suposição de que o grafite era a única fase estável portadora de carbono durante a cristalização do oceano de magma de Mercúrio. É quando o manto do planeta (camada do meio) esfria e se solidifica.

As primeiras suposições sobre a crosta de grafite baseavam-se em previsões de temperatura e pressão mais baixas no CMB. Mas estudos mais recentes propõem que o CMB é mais profundo do que se pensava, levando os pesquisadores a reavaliar a crosta de grafite.

Além disso, outro estudo também sugeriu a presença de enxofre no núcleo de ferro de Mercúrio. A presença de enxofre pode ter um efeito na cristalização do oceano de magma de Mercúrio, questionando assim a alegação original sobre a presença apenas de grafite durante essa fase.

Para recriar as condições do interior de Mercúrio, os pesquisadores usaram uma combinação de experimentos de alta pressão e temperatura e modelagem termodinâmica.

"Usamos a prensa de grande volume para imitar as condições de alta temperatura e alta pressão da fronteira núcleo-manto de Mercúrio e combiná-las com os modelos geofísicos e cálculos termodinâmicos", explicou o Dr. Lin.

Eles usaram silicato sintético como material inicial para assemelhar-se à composição do manto de Mercúrio. Este é um método comumente usado para estudar o interior dos planetas.

Os pesquisadores atingiram níveis de pressão de até 7 Giga Pascal (GPa), aproximadamente sete vezes a pressão encontrada nas partes mais profundas da Fossa das Marianas.

Nessas condições, a equipe estudou como os minerais (aqueles encontrados no interior de Mercúrio) fundem e atingem fases de equilíbrio e caracterizou essas fases, concentrando-se nas de grafite e diamante.

Eles também analisaram a composição química das amostras experimentais.

"O que fazemos no laboratório é imitar as pressões e temperaturas extremas do interior de um planeta. Às vezes é algo desafiador; você precisa forçar os dispositivos para que se ajustem às suas necessidades. As configurações experimentais devem ser altamente precisas para simular essas condições", explicou o Dr. Lin.

Eles também usaram modelagem geofísica para estudar os dados observados sobre o interior de Mercúrio.

"Os modelos geofísicos vêm principalmente de dados coletados por naves espaciais e nos informam as estruturas fundamentais do interior de um planeta", disse o Dr. Lin.

Eles usaram o modelo para prever a estabilidade de fase, calcular pressões e temperaturas de CMB e simular a estabilidade de grafite e diamante sob temperaturas e pressões extremas.

Ao integrar os dados experimentais com simulações geofísicas, os pesquisadores conseguiram estimar a pressão CMB de Mercúrio em cerca de 5,575 GPa.

Com aproximadamente 11% de teor de enxofre, os pesquisadores observaram uma mudança considerável de temperatura de 358 Kelvin no oceano de magma de Mercúrio. Os pesquisadores propõem que, embora o grafite tenha sido provavelmente a fase de carbono dominante durante a cristalização do oceano de magma, a cristalização do núcleo levou à formação de uma camada de diamante no CMB.

"O enxofre reduz o liquidus do oceano de magma de Mercúrio. Se o diamante se formar no oceano de magma, ele pode afundar e ser depositado no CMB. Por outro lado, o enxofre também ajuda na formação de uma camada de sulfeto de ferro no CMB, que está relacionada ao conteúdo de carbono durante a diferenciação planetária", explicou o Dr. Lin.

Diferenciação planetária se refere ao processo pelo qual um planeta se torna estruturado internamente, ou seja, o centro ou núcleo, para o qual os minerais mais pesados afundam, e a superfície ou crosta, para a qual os minerais mais leves sobem.

De acordo com suas descobertas, a camada de diamante no CMB tem uma espessura estimada entre 15 e 18 quilômetros. Eles também sugerem que a temperatura atual no CMB de Mercúrio está próxima do ponto em que o grafite pode fazer a transição para diamante, estabilizando a temperatura no CMB como resultado.

Uma das implicações dessas descobertas é para o campo magnético de Mercúrio, que é anormalmente forte para seu tamanho.

Dr. Lin explicou, "O carbono do núcleo fundido se torna supersaturado conforme esfria, formando diamante e flutuando para o CMB. A alta condutividade térmica do diamante ajuda a transferir calor efetivamente do núcleo para o manto, causando estratificação de temperatura e mudança de convecção no núcleo externo líquido de Mercúrio, afetando assim a geração de seu campo magnético."

Em termos mais simples, à medida que o calor é transferido do núcleo para o manto, ele influencia os gradientes de temperatura e a convecção no núcleo externo líquido de Mercúrio, o que afeta a geração do seu campo magnético.

O Dr. Lin também destacou o papel crucial desempenhado pelo carbono na formação de sistemas exoplanetários ricos em carbono.

"Também pode ser relevante para a compreensão de outros planetas terrestres, especialmente aqueles com tamanhos e composições semelhantes. Os processos que levaram à formação de uma camada de diamante em Mercúrio também podem ter ocorrido em outros planetas, potencialmente deixando assinaturas semelhantes", concluiu o Dr. Lin.