A lua gelada de Júpiter, Calisto. Crédito da imagem: NASA Clique para ampliar
À medida que os cientistas aprendem mais sobre o nosso Sistema Solar, eles encontraram gelo de água em algumas situações incomuns. Pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore recriaram esse tipo de gelo em seu laboratório; gelo que provavelmente imita as condições de pressão, temperatura, estresse e tamanho dos grãos encontrados nessas luas. Esse gelo pode rastejar lentamente e girar, dependendo da temperatura do interior das luas.
O gelo diário que você usa para esfriar seu copo de limonada ajudou os pesquisadores a entender melhor a estrutura interna das luas geladas nos confins do sistema solar.
Uma equipe de pesquisa demonstrou um novo tipo de "fluência", ou fluxo, em uma forma de gelo de alta pressão, criando em laboratório as condições de pressão, temperatura, tensão e tamanho de grão que imitam as do interior profundo de grandes luas geladas.
As fases de gelo de alta pressão são os principais componentes das gigantescas luas geladas do sistema solar externo: Ganimedes e Calisto, de Júpiter, Calisto, Titã de Saturno e Tritão de Netuno. Tritão é aproximadamente do tamanho da nossa própria lua; os outros três gigantes são cerca de 1,5 vezes maiores em diâmetro. A teoria aceita diz que a maioria das luas geladas se condensou como "bolas de neve sujas" da nuvem de poeira ao redor do sol (a nebulosa solar) cerca de 4,5 bilhões de anos atrás. As luas foram aquecidas internamente por esse processo de acreção e por decaimento radioativo de sua fração rochosa.
O fluxo convectivo de gelo (como os redemoinhos de uma xícara de café quente) no interior das luas geladas controlava sua evolução subsequente e a estrutura atual. Quanto mais fraco o gelo, mais eficiente a convecção e mais frios os interiores. Por outro lado, quanto mais forte o gelo, mais quentes os interiores e maior a possibilidade de algo como um oceano interno líquido aparecendo.
A nova pesquisa revela em uma das fases de alta pressão do gelo ("gelo II") um mecanismo de fluência que é afetado pelo tamanho do cristalito ou "grão" do gelo. Esta descoberta implica uma camada de gelo significativamente mais fraca nas luas do que se pensava anteriormente. O Ice II aparece pela primeira vez a pressões de cerca de 2.000 atmosferas, o que corresponde a uma profundidade de cerca de 70 km no maior dos gigantes gelados. A camada de gelo II tem aproximadamente 100 km de espessura. Os níveis de pressão no centro das luas gigantes geladas acabam alcançando o equivalente a 20.000 a 40.000 atmosferas terrestres.
Pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), da Universidade de Kyushu no Japão e do US Geological Survey conduziram experimentos de fluência usando um aparelho de teste de baixa temperatura no Laboratório de Geofísica Experimental do LLNL. Eles então observaram e mediram o tamanho dos grãos de gelo II usando um microscópio eletrônico de varredura criogênico. O grupo encontrou um mecanismo de fluência que domina o fluxo com tensões mais baixas e tamanhos de grãos mais finos. Experiências anteriores com tensões mais altas e maior tamanho de grão ativaram mecanismos de fluxo que não dependiam do tamanho do grão.
Os experimentalistas conseguiram provar que o novo mecanismo de fluência estava realmente relacionado ao tamanho dos grãos de gelo, algo que antes só havia sido examinado teoricamente.
Mas a medição não foi tarefa fácil. Primeiro, eles tiveram que criar gelo II com tamanho de grão muito fino (menos de 10 micrômetros ou um décimo da espessura de um cabelo humano). Uma técnica de ciclo rápido de pressão acima e abaixo de 2.000 atmosferas acabou fazendo o truque. Além disso, a equipe manteve 2.000 atmosferas de pressão muito constantes dentro do aparelho de teste para executar um experimento de deformação de baixo estresse por semanas a fio. Finalmente, para delinear os grãos de gelo II e torná-los visíveis no microscópio eletrônico de varredura, a equipe desenvolveu um método para marcar os limites dos grãos com a forma comum de gelo (“gelo I”), que parecia diferente do gelo II no microscópio . Depois que os limites fossem identificados, a equipe poderia medir o tamanho dos grãos do gelo II.
"Esses novos resultados mostram que a viscosidade de um manto gelado é muito menor do que pensávamos anteriormente", disse William Durham, geofísico da Diretoria de Energia e Meio Ambiente de Livermore.
Durham disse que o comportamento de alta qualidade do aparelho de teste à pressão de 2.000 atmosferas, a colaboração com Tomoaki Kubo, da Universidade Kyushu, e o sucesso em superar sérios desafios técnicos contribuíram para um experimento fortuito.
Usando os novos resultados, os pesquisadores concluem que é provável que o gelo se deforme pelo mecanismo de fluência sensível ao tamanho de grão no interior das luas geladas quando os grãos têm um centímetro de tamanho.
"Esse mecanismo de fluência recém-descoberto mudará nosso pensamento sobre a evolução térmica e a dinâmica interna das luas de tamanho médio e grande dos planetas externos em nosso sistema solar", disse Durham. "A evolução térmica dessas luas pode nos ajudar a explicar o que estava acontecendo no início do sistema solar".
A pesquisa aparece na edição de 3 de março da revista Science.
Fundado em 1952, o Laboratório Nacional Lawrence Livermore tem a missão de garantir a segurança nacional e aplicar a ciência e a tecnologia às questões importantes do nosso tempo. O Laboratório Nacional Lawrence Livermore é gerenciado pela Universidade da Califórnia para a Administração Nacional de Segurança Nuclear do Departamento de Energia dos EUA.
Fonte original: Comunicado de imprensa do LLNL
