Acoplamento Gravitacional no Interior Profundo da Terra Altera Taxa de Rotação Planetária

Uma complexa interação gravitacional entre o núcleo interno sólido da Terra e o manto sobrejacente está a alterar a velocidade de rotação do planeta, causando mudanças sutis na duração exata de um dia solar, de acordo com uma reportagem de Jorge Garay. O fenômeno decorre de uma dinâmica física nas profundezas do interior da Terra, onde forças gravitacionais exercidas por regiões densas do manto de silicato atraem o núcleo interno metálico sólido. Este acoplamento gravitacional atua juntamente com torques eletromagnéticos gerados pelo núcleo externo líquido, criando uma troca contínua de momento angular entre o interior planetário e as camadas superficiais. Como resultado, o tempo necessário para a Terra completar uma rotação completa sobre o seu eixo flutua pequenas frações de milissegundo ao longo de ciclos multidecadais, impactando diretamente as medições da rotação planetária e os sistemas de sincronização global ultraprecisos.

## Principais fatos - Forças gravitacionais entre o núcleo interno sólido e o manto inferior da Terra atuam juntamente com a dinâmica do núcleo externo para alterar as velocidades de rotação planetária. - Flutuações na rotação interna da Terra fazem com que a duração de um dia solar varie em incrementos de microssegundos a milissegundos ao longo de períodos multidecadais. - O núcleo interno sólido, composto principalmente por uma liga de ferro e níquel com um raio de aproximadamente 1,220 quilômetros, está suspenso dentro de um núcleo externo líquido com cerca de 2,200 quilômetros de espessura. - A cronometria global moderna equilibra o Tempo Universal Coordenado (UTC), movido por relógios atômicos de alta precisão, com o tempo astronômico (UT1), que reflete a taxa de rotação física da Terra. - O monitoramento preciso da duração do dia baseia-se em medições geodésicas, incluindo Interferometria de Longa Linha de Base (VLBI), telemetria laser a satélite e observações globais de ondas sísmicas.

## O que aconteceu O mecanismo que impulsiona as mudanças na duração do dia envolve um dinâmico jogo de forças nas profundezas da estrutura da Terra, de acordo com a reportagem de Jorge Garay. No centro do planeta está o núcleo interno sólido, uma massa esférica de ferro e níquel situada a cerca de 5,100 quilômetros abaixo da superfície. Cercando este núcleo interno está uma camada de 2,200 quilômetros de espessura de ferro e níquel fundidos que forma o núcleo externo, delimitado acima pelo manto de rocha silicatada que se estende até uma profundidade de aproximadamente 2,900 quilômetros. Como o núcleo interno está totalmente desvinculado do manto sólido, flutuando no fluido de baixa viscosidade do núcleo externo, ele é capaz de girar a uma velocidade ligeiramente diferente do restante do planeta — um processo conhecido como rotação diferencial.

Esse movimento diferencial permite que o acoplamento gravitacional entre em ação. O manto inferior não é inteiramente uniforme em densidade; ele contém heterogeneidades estruturais em grande escala, incluindo regiões de maior densidade associadas a antigas placas tectônicas subduzidas. Essas estruturas densas do manto exercem atração gravitacional sobre feições não esféricas ou com desequilíbrio de densidade dentro do núcleo interno sólido. À medida que o núcleo interno gira em relação ao manto, essas forças gravitacionais mútuas criam um torque restaurador, puxando efetivamente tanto o núcleo interno quanto o manto.

Quando o núcleo interno acelera ou desacelera em relação ao manto, a conservação do momento angular total força o manto e a crosta a ajustarem sua velocidade rotacional em sentido oposto. Como a infraestrutura humana e o rastreamento astronômico estão fixados na crosta, qualquer alteração na taxa de rotação do manto altera diretamente a duração de um dia. Essa interação gravitacional, operando em conjunto com movimentos de fluidos e campos eletromagnéticos dentro do núcleo externo líquido, cria oscilações decadais na duração do dia que aceleram ou desaceleram periodicamente o giro planetário em frações de milissegundo.

## Por que isso importa Embora as variações medidas em milissegundos possam parecer insignificantes na vida cotidiana, elas trazem consequências significativas para infraestruturas tecnológicas de alta precisão, navegação astronômica e padrões de medição do tempo. As comunicações digitais modernas, mercados financeiros automatizados, redes elétricas e Sistemas Globais de Navegação por Satélite (GNSS) — como o GPS dos Estados Unidos, o Galileo da Europa e o GLONASS da Rússia — dependem de uma precisão de sincronização na escala dos nanossegundos. Sistemas de posicionamento por satélite calculam distâncias com base no tempo que os sinais de rádio levam para viajar à velocidade da luz até receptores em solo; uma mudança não detectada na posição rotacional da Terra pode introduzir erros posicionais no rastreamento de satélites e na determinação de órbitas.

Além disso, a cronometria civil baseia-se no Tempo Universal Coordenado (UTC), um padrão de tempo atômico mantido por centenas de relógios atômicos ultraestáveis em todo o mundo. Para manter o UTC alinhado com a rotação astronômica real da Terra (conhecida como UT1), autoridades internacionais de cronometria inserem ou removem periodicamente "segundos bissextos" quando o desvio entre o tempo atômico e o tempo rotacional se aproxima de 0.9 segundos. Flutuações impulsionadas pela dinâmica profunda da Terra tornam difíceis as previsões rotacionais de longo prazo. Mudanças inesperadas na velocidade de rotação planetária podem forçar alterações repentinas no agendamento de segundos bissextos ou complicar os esforços internacionais em andamento para reformar os protocolos de cronometria. Em 2022, a Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) votou a favor da eliminação ou ajuste do sistema de segundos bissextos até 2035, uma transição que exige modelos preditivos precisos da rotação variável da Terra para ser implementada com segurança, sem interromper as redes globais de software.

## Contexto Os cientistas reconhecem há séculos que a Terra não gira a uma taxa inteiramente constante, mas os mecanismos internos que impulsionam essas variações só se tornaram claros por meio da geofísica moderna. Registros de longo prazo de eclipses solares que remontam a mais de dois milênios revelam que a duração de um dia solar aumenta cerca de 1.7 a 2.3 milissegundos por século. Esse desaceleramento secular é causado principalmente pela fricção das marés: a atração gravitacional da Lua e do Sol cria marés oceânicas que atuam como um freio fluido na rotação da Terra, transferindo momento angular da Terra para a órbita lunar.

No entanto, variações de mais curto prazo ocorrendo ao longo de anos a décadas não podem ser explicadas apenas pela dissipação de maré. Em 1936, a sismóloga dinamarquesa Inge Lehmann descobriu o núcleo interno sólido da Terra ao analisar ondas sísmicas geradas por terremotos profundos. Décadas mais tarde, em 1996, os sismólogos Xiaodong Song e Paul Richards apresentaram evidências observacionais de que o núcleo interno gira a uma taxa diferente da do manto, analisando sinais de dubletos sísmicos que atravessaram o núcleo interno ao longo de várias décadas.

Geofísicos subsequentemente desenvolveram modelos teóricos para explicar como o núcleo interno, o núcleo externo e o manto trocam momento. Dois mecanismos principais foram identificados: acoplamento eletromagnético, em que campos magnéticos gerados pelo geodinâmico do núcleo externo exercem força sobre o núcleo interno e o manto; e acoplamento gravitacional, proposto por geofísicos como Bruce Buffett, no qual forças gravitacionais entre anomalias densas do manto e estruturas do núcleo interno travam suas posições em um sistema de torque oscilante.

O advento dos relógios atômicos em 1955, seguido pela criação do Tempo Atômico Internacional (TAI) em 1967, forneceu aos cientistas um relógio de referência imutável, independente do movimento planetário. A comparação do tempo atômico com observações astronômicas confirmou que a Terra passa por flutuações decadais de vários milissegundos, sobrepostas a mudanças sazonais impulsionadas por ventos atmosféricos e pela redistribuição de massa oceânica.

## Reações Geofísicos, geodestas e metrologistas responderam às pesquisas em andamento sobre a rotação interna da Terra com apelos por redes aprimoradas de monitoramento global. O Serviço Internacional de Sistemas de Referência e Rotação da Terra (IERS), com sede em Paris e Frankfurt, rastreia regularmente as mudanças nos parâmetros de orientação da Terra e avalia como a dinâmica do interior profundo influencia os cálculos de duração do dia.

Na comunidade científica, os pesquisadores enfatizam que compreender os torques gravitacionais do núcleo interno é essencial para separar as forças planetárias internas dos fenômenos superficiais, como a perda de massa de gelo impulsionada pelo clima e a elevação do nível do mar, que também redistribuem massa pela superfície e alteram o momento de inércia da Terra. Metrologistas afiliados ao Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM) acompanham de perto esses estudos geofísicos, já que variações rotacionais imprevistas afetam diretamente o planejamento para futuros padrões de escalas de tempo atômico. Enquanto isso, organizações de tecnologia e provedores de infraestrutura em nuvem continuam a defender modelos rotacionais previsíveis para evitar interrupções operacionais associadas a ajustes inesperados de segundos bissextos.

## O que ainda não sabemos Apesar dos avanços significativos na tomografia sísmica e na geodesia por satélite, vários parâmetros fundamentais sobre a dinâmica do núcleo interno da Terra permanecem incertos. A magnitude exata e a distribuição das anomalias de massa dentro do manto inferior e do núcleo interno não estão totalmente mapeadas, deixando a força precisa do acoplamento gravitacional em aberto para debate entre os geofísicos.

Além disso, os cientistas continuam a debater a natureza exata do movimento do núcleo interno. Enquanto alguns modelos sugerem uma super-rotação diferencial contínua, outros estudos indicam que o núcleo interno passa por oscilações multidecadais, alterando sua velocidade de rotação em relação ao manto para frente e para trás em ciclos de aproximadamente 60 a 70 anos. O equilíbrio preciso entre o arrasto eletromagnético do dínamo do núcleo externo e as forças restauradoras gravitacionais do manto também permanece sem solução. Resolver essas incertezas exige monitoramento sísmico contínuo de longo prazo e medições geodésicas refinadas nas próximas décadas.

## O que observar Principais marcos determinarão como a dinâmica interna da Terra influenciará os sistemas globais nos próximos anos: - Boletins de decisão emitidos pelo Serviço Internacional de Sistemas de Referência e Rotação da Terra (IERS), publicados semestralmente, que anunciam se segundos bissextos serão adicionados ou subtraídos do Tempo Universal Coordenado. - Implementações que antecedem a data-limite de 2035 definida pela Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) para descontinuar as inserções tradicionais de segundos bissextos em favor de ajustes de sincronização maiores e menos frequentes. - Novos dados observacionais de redes globais de Interferometria de Longa Linha de Base (VLBI) e estações de telemetria laser a satélite que rastreiam mudanças no nível de microssegundos na velocidade rotacional da Terra. - Estudos de dubletos sísmicos e análises tomográficas da Terra profunda publicados por equipes internacionais de pesquisa em geofísica que monitoram possíveis mudanças de direção ou de velocidade na rotação do núcleo interno.

Este relatório é baseado na reportagem original de Jorge Garay sobre a dinâmica gravitacional entre o núcleo interno e o manto da Terra e seu impacto nas taxas de rotação planetária.