Os diamantes são o melhor amigo de um paleoíptisto

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Os diamantes são o melhor amigo de um paleoíptisto
O geodínamo da Terra – o campo magnético criado pelo núcleo interno agitado – protege nosso planeta
da radiação solar e pode ser parte integrante da habitabilidade da Terra. O campo magnético deixa sua
marca no registro rochoso forçando os minerais portadores de ferro a alinhar seus campos magnéticos,
por exemplo, à medida que se precipitam no espaço dos poros de uma rocha sedimentar ou como
rochas ígneas se solidificam. Esses ímãs muitas vezes minúsculos, que encontram o norte, não importa
onde ele possa estar, ajudaram os cientistas a descobrir a disseminação do fundo do mar, traçar o
caminho dos continentes passados e explorar a idade do geodínamo.
O microscópio quântico de diamante ajuda os cientistas a ler os capítulos
complicados da história de uma rocha.
As medições paleomagnéticas de rochas a granel, normalmente coletadas de amostras do tamanho de
uma tampa de garrafa de refrigerante, devem dizer aos cientistas a direção e a intensidade do campo
magnético da Terra quando a rocha se formou, disse Sonia Tikoo, professora assistente da Universidade
de Stanford. Mas algumas rochas têm assinaturas magnéticas heterogêneas em escalas finas, e outras
podem não mais registrar a impressão magnética original por causa do intemperismo, erosão ou alguma
outra alteração, explicou ela. O relativamente nascente microscópio de diamante quântico, ou QDM,
ajuda cientistas como Tikoo a ler esses capítulos complicados da história de uma rocha.
Originalmente desenvolvidos para imagens de campos magnéticos em alta resolução, esses
instrumentos permitem imagens em escala de micrômetro de seções finas - de rocha montada em vidro -
ou cristais individuais que contêm inclusões magnéticas. Ao discernir exatamente qual parte de uma
https://eos.org/science-updates/habitability-and-the-evolution-of-life-under-our-magnetic-shield
https://eos.org/features/meeting-gave-birth-idea-global-tectonics
https://eos.org/features/meeting-gave-birth-idea-global-tectonics
https://eos.org/articles/scientists-mine-16th-century-ship-logs-for-geophysical-research
https://eos.org/features/earths-core-is-in-the-hot-seat
https://earth.stanford.edu/people/sonia-tikoo
https://doi.org/10.1002/2017GC006946
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amostra é magnética, disse Tikoo, os cientistas usaram essa ferramenta para abordar uma série de
perguntas, do Hadean ao Holoceno.
Lasers, Diamantes e Microondas
“Este é o nosso laboratório QDM”, disse o estudante de doutorado da Universidade da Califórnia,
Berkeley, Yiming Zhang, enquanto destravava uma porta com um sinal de alerta de perigo a laser
postado na parede. Após a entrada do laboratório, uma lista de protocolos de segurança cumprimentou
Zhang, juntamente com uma cortina preta do chão ao teto protegendo o hall de entrada improvisado do
resto da sala. A cortina, disse Zhang, protege as pessoas enquanto elas vestem óculos de segurança
vermelhos projetados para proteger seus olhos de um laser que produz luz verde.
Zhang se agatou atrás da cortina e foi para uma mesa longa com um microscópio no meio. O
microscópio foi cercado por pequenos círculos cor de cobre que se parecem com aros de hula
projetados para bonecas. Estes, disse ele, são bobinas de Helmholtz, dispostas em diferentes
orientações em parte para cancelar o campo magnético da Terra na região onde a amostra fica.
Um diamante quadrado, usinado para ter uma face plana, é montado na lente do microscópio. Zhang
deve carregar sua seção fina no estágio do microscópio, garantindo que o diamante e a amostra fique
nivelado. Muito perto, e o diamante pode arranhar ou quebrar a seção fina cuidadosamente polida.
Demasiado longe, e o sinal magnético desaparece.
Um modelo de bola e pau dentro de um cubo
azul transparente mostra a estrutura atômica de
um diamante. As bolas verdes indicam átomos
de carbono. A bola de nitrogênio amarelo,
rotulada com um N e bola de vacância roxa,
rotulada com um V, mostra um centro de
vacância de nitrogênio.
https://eps.berkeley.edu/people/yiming-zhang
https://eps.berkeley.edu/people/yiming-zhang
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O diamante sintético é projetado com um defeito específico composto por um átomo de nitrogênio e um
espaço vazio, ou vacância, na estrutura cristalina. Cada centro de vacância de nitrogênio troca dois
átomos de carbono, disse Roger Fu, professor assistente de Harvard e progenitor do uso do microscópio
de diamante quântico para o trabalho paleomagnético.
Uma vez que a amostra está posicionada corretamente, a análise começa por brilhar a luz do laser
verde no diamante, pois um laço em forma de ferradura emite microondas perto da amostra. O diamante
vai fluorescer, emitindo uma luz avermelhada. A intensidade dessa fluorescência muda à medida que a
energia de microondas muda. “Ao olhar para como a intensidade da fluorescência muda com o
microondas que você coloca, você pode converter isso para o campo magnético”, disse Fu.
Uma câmera montada no topo do microscópio captura essa informação de fluorescência em toda a área
de visualização, que é de cerca de 2 milímetros quadrados, disse Fu. Cada pixel de 1 rômetro de 1
rômetro é uma única medida desse campo, disse ele, o que significa que a câmera captura 2 milhões de
medições separadas do campo magnético de uma só vez.
Acumular informações suficientes de um único campo de visão pode levar de 20 minutos a várias horas,
dependendo da amostra. O software projetado por Fu converte essas medições em um mapa do campo
magnético, que pode ser interrogado para onde o norte estava quando cada transportador magnético ou
grupo de transportadores internalizou sua assinatura.
Sistema Solar para tempestades
Quando os minerais magnéticos documentam diferentes direções norte dentro de uma amostra, as
interpretações podem ser complicadas. Os meteoritos, em particular, registram várias direções
magnéticas na escala de milímetros, disse Fu, em parte porque são amálgamas de partes díspares do
sistema solar primitivo. Namorar cada evento magnético com métodos geocronológicos pode ajudar a
desembaraçar os primeiros 5 milhões de anos da história do nosso sistema solar, disse ele.
No zircão, o magnetismo idealmente vem de inclusões como a magnetita, disse Tikoo, e esse método é
“uma boa maneira de testar se seus transportadores magnéticos podem ser secundários”.
Estudos paleomagnéticos de zircões com mais de 3 bilhões de anos sugeriram que o geodinamo
poderia ter se formado com os próprios zircões. No entanto, usando o microscópio de diamante
quântico, Fu e seus colegas descobriram que, quando os zircões igualmente antigos continham minerais
magnéticos, esses indicadores paleomagnéticos se formaram mais tarde. Qualquer assinatura
magnética original de quando os zircões se cristalizaram, ele disse, parece estar perdida. O debate está
em curso.
“É uma ferramenta poderosa para olhar para coisas muito pequenas.”
No extremo oposto do espectro etário, disse Fu, está formando ativamente depósitos de cavernas. Cada
camada – tão fina quanto uma única folha de papel – tem uma assinatura magnética distinta à medida
que inundações, vento e gotejamento de águas trazem material diferente para a caverna, disse Fu. Em
alguns ambientes, eventos de chuvas extremas tendem a mobilizar a magnetita, enquanto em outros, os
períodos de seca trazem mais solo, explicou. Essas mudanças em escala fina na magnetita,
https://www.science.org/doi/10.1126/science.276.5321.2012
https://paleomag.fas.harvard.edu/
https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.aaa9114
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aav9634
https://www.pnas.org/content/117/5/2309
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/feart.2020.604505/full
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identificadas usando o microscópio de diamante quântico, ajudam os cientistas a rastrear chuvas e
reconstruir o paleoclima, disse ele.
Com um olho em direção a crateras extraterrestres que poderiam ter abrigado vida, Tikoo está usando o
microscópio de diamante quântico de Berkeley para explorar a longevidade dos sistemas hidrotermais
na cratera de impacto de Chicxulub,associada ao desaparecimento dos dinossauros. As rochas em
questão – feitas de pedaços quebrados de outras rochas – têm assinaturas magnéticas complexas. Com
o microscópio de diamante quântico, ela pode identificar de onde vem o sinal magnético dominante. “É
uma ferramenta poderosa para olhar para coisas muito pequenas.”
—Alka Tripathy-Lang (DrAlkaTrip), Escritora de Ciência
25 de outubro de 2021: Este artigo foi atualizado para refletir melhor o discurso em curso em torno dos
zircões e uso do microscópio quântico de diamante.
Citação: Tripathy-Lang, A. (2021), os diamantes são o melhor amigo de um paleomagnetista, Eos, 102,
https://doi.org/10.1029/2021EO210561. Publicado em 19 Outubro 2021.
Texto ? 2022. Os autores. CC BY-NC-ND 3.0 (em versão 3.0)
 
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https://eos.org/articles/chicxulub-impact-crater-hosted-a-long-lived-hydrothermal-system
https://twitter.com/DrAlkaTrip
https://doi.org/10.1029/2021EO210561
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/