QUANDO O NÚCLEO DA TERRA ENGOLIU SUA ATMOSFERA

A atmosfera da Terra é estranha entre os planetas rochosos. Vênus e Marte, apesar de pressões enormemente diferentes, têm ambos um ar feito de cerca de 95% de dióxido de carbono e alguns por cento de nitrogênio. O da Terra é pobre em dióxido de carbono e rico em oxigênio. Parte da diferença vem de bilhões de anos de geologia e vida. Mas os planetas também podem ter começado com estoques diferentes dos elementos que formam atmosferas e seres vivos: hidrogênio, carbono e nitrogênio.

Vera Sparrman, da Universidade de Copenhague, e Anders Johansen, de Copenhague e da Universidade de Lund, na Suécia, voltaram ao começo de tudo: a época em que a Terra ainda crescia, dentro do disco de gás e poeira ao redor do jovem Sol.

Uma chuva de ferro através de um mar de magma

Nessa fase, o calor liberado pelo material que chegava mantinha o manto do planeta derretido. A Terra em crescimento estava envolta por um oceano de magma global. Cada novo pedaço de material trazia rocha, que se juntava ao magma, e metal de ferro-níquel, que afundava através dele em gotas — caindo cerca de um metro por segundo — para construir o núcleo. Gases da atmosfera se dissolviam no magma, e alguns deles se dissolviam por sua vez no metal em queda. A chuva de ferro podia assim levá-los até o fundo.

Os autores modelaram essa troca entre atmosfera, oceano de magma e núcleo camada por camada, de uma semente com 2% da massa da Terra até 64% — aproximadamente a proto-Terra antes do impacto gigante que formou a Lua. As quantidades totais de hidrogênio, carbono e nitrogênio foram ajustadas às estimativas para a Terra atual, incluindo as que se supõe estarem escondidas em seu núcleo.

Duas formas de construir um planeta

Eles compararam duas formas de crescer:

• Acreção de seixos (pebble accretion): a Terra varre seixos de milímetros a centímetros. À medida que o entorno do planeta esquenta, esses pequenos grãos perdem seus ingredientes voláteis antes de chegar. O hidrogênio para de chegar quase de imediato; o carbono e o nitrogênio param por volta da massa de Marte. Os voláteis chegam cedo.
• Acreção de planetesimais: a Terra cresce a partir de corpos de centenas de metros ou mais, que protegem seus voláteis no interior. A entrega é contínua.

Chegada precoce, enterro profundo

O momento se revelou muito importante. Com entrega precoce, cada porção de metal que chove depois continua a esfregar o magma. No cenário dos seixos, cerca de 70% do hidrogênio e 69% do carbono acabam no núcleo. Com entrega contínua, o núcleo fica com no máximo cerca de metade, e o manto e a atmosfera retêm aproximadamente o dobro. Essas proporções vêm do conjunto de medidas de laboratório que os autores tomam como referência; como veremos, outro conjunto dá números muito diferentes.

Onde vão parar o hidrogênio, o carbono e o nitrogênio enquanto uma proto-Terra feita de seixos cresce de 0,02 a 0,64 massa terrestre: núcleo (vermelho-escuro), oceano de magma (laranja), atmosfera (azul). — Figura 4 (linha superior), Sparrman e Johansen (2026), arXiv:2610.27788.

A solubilidade — quanto de um gás o magma consegue dissolver a uma dada pressão — decide quem escapa: só o que está dissolvido no magma pode ser capturado pelas gotas de metal que o atravessam. A água se dissolve facilmente, então o hidrogênio fica exposto à chuva de ferro e afunda com eficiência. O monóxido de carbono se dissolve muito menos bem, de modo que, a cada instante, a maior parte do carbono fica no ar; mas todo o metal que chega depois esvazia a parcela dissolvida, que a atmosfera repõe imediatamente, e, no fim, 69% do carbono desceu de todo modo. O nitrogênio é o contraexemplo: tem mais afinidade pelo metal que o hidrogênio, mas só 4% dele chega ao núcleo — dissolve-se tão mal que quase nunca está onde passa a chuva de ferro, e 93% permanece na atmosfera. A insolubilidade protege.

Um céu pesado de monóxido de carbono

O que resta ao fim do cenário dos seixos é uma espessa atmosfera primitiva de cerca de 760 bar — o ar que respiramos pesa 1 bar ao nível do mar, e o ar de Vênus, 92 bar. Ela é dominada pelo carbono, principalmente na forma de monóxido de carbono (cerca de 710 bar), com cerca de 39 bar de hidrogênio e 1,7 bar de nitrogênio. O carbono que escapou do núcleo e foi parar nessa atmosfera equivale a cerca de 15 vezes o dióxido de carbono da atmosfera de Vênus hoje; o nitrogênio, a aproximadamente tanto quanto o nitrogênio de Vênus. O cenário dos planetesimais dá um céu ainda mais pesado, cerca de 1.350 bar, de composição semelhante.

A atmosfera da proto-Terra feita de seixos enquanto cresce: quando a entrega para, a chuva de ferro continua drenando hidrogênio e carbono, e o monóxido de carbono (tracejado vermelho) domina. — Figura 7 (topo), Sparrman e Johansen (2026), arXiv:2610.27788.

Depois do fim da acreção, os autores esperam que o manto se oxide e que a atmosfera mude para água e dióxido de carbono, com a condensação de oceanos. Extrapolado para a massa de Vênus, o modelo dá um começo semelhante, cerca de 500 bar de monóxido de carbono; os autores sugerem que a tectônica de placas da Terra, ao enterrar carbono, e não um nascimento diferente, poderia explicar por que os dois planetas divergiram.

Por qual caminho a Terra cresceu?

Em princípio, as quantidades remanescentes poderiam revelar como a Terra se formou. O modelo de seixos com os dados de referência é o único que bate com as estimativas publicadas para os três elementos no manto atual. Mas essas estimativas discordam entre si quase tanto quanto os modelos, e as medições de laboratório sobre como esses elementos se repartem entre metal e rocha diferem em várias ordens de grandeza — com outro conjunto de dados, todo o hidrogênio acaba no núcleo. A solubilidade do monóxido de carbono no magma é o dado de entrada mais influente e menos conhecido. Experimentos melhores, concluem os autores, poderiam transformar a composição do interior da Terra em um registro de como o planeta foi construído.