Il nucleo interno della Terra non è così simmetrico come si pensava, perché cresce in maniera più veloce da un lato invece che dall’altro. Si tratta per ora solo di un’ipotesi, descritta sulla rivista Nature Geoscience, formulata dai sismologi dell’Università della California a Berkeley, che hanno elaborato un nuovo modello per descrivere alcune anomalie sismiche. Secondo le teorie del gruppo di ricerca, al di sotto del Mar di Banda, in Indonesia, il nucleo terrestre crescerebbe del 60 per cento più rapidamente rispetto a quanto avviene al di sotto del Brasile.
La gravità distribuisce uniformemente la nuova crescita – cristalli di ferro che si formano quando il ferro fuso si raffredda – per mantenere un nucleo interno sferico che cresce di raggio in media di 1 millimetro all’anno. Ma la maggiore crescita da un lato suggerisce che qualcosa nel nucleo esterno o mantello della Terra sotto l’Indonesia sta rimuovendo il calore dal nucleo interno a un ritmo più veloce rispetto al lato opposto, sotto il Brasile. Un raffreddamento più rapido su un lato accelererebbe la cristallizzazione del ferro e la crescita del nucleo interno su quel lato.
Ciò ha implicazioni per il campo magnetico terrestre e la sua storia, perché la convezione nel nucleo esterno guidata dal rilascio di calore dal nucleo interno è ciò che oggi guida la dinamo che genera il campo magnetico che ci protegge dalle particelle pericolose del sole.
(Foto a destra: Uno spaccato dell’interno della Terra mostra il nucleo interno di ferro solido (rosso) che cresce lentamente per congelamento del nucleo esterno di ferro liquido (arancione). Le onde sismiche viaggiano attraverso il nucleo interno della Terra più velocemente tra i poli nord e sud (frecce blu) che attraverso l’equatore (freccia verde). I ricercatori hanno concluso che questa differenza nella velocità delle onde sismiche con la direzione deriva da un allineamento preferito dei cristalli – leghe di ferro-nichel imballate esagonali, che sono a loro volta anisotrope – parallele all’asse di rotazione della Terra. Grafica di Daniel Frost)
“Il nucleo della Terra potrebbe avere tra mezzo miliardo e 1,5 miliardi di anni – afferma Barbara Romanowicz, docente presso l’Università della California a Berkeley – il dibattito sulla sua formazione del nucleo interno è in corso da molto tempo”. “Sappiamo che il campo magnetico terrestre esiste da circa tre miliardi di anni – aggiunge Daniel Frost dell’Università di Bayreuth – per cui l’interrogativo riguarda cosa interagisse con il campo magnetico prima della formazione del nucleo interno”.
Il modello degli autori descrive come la crescita asimmetrica possa spiegare la differenza nella velocita’ delle onde sismiche attraverso il nucleo interno, che dovrebbe essere composto tra il quattro e l’otto per cento di nichel, una percentuale simile a quella osservata nei meteoriti metallici. “Questo modello fornisce informazioni anche sulla viscosita’ del materiale di cui e’ composto il cuore del nostro pianeta – commenta Romanowicz – secondo i nostri calcoli il nucleo dovrebbe essere molto viscoso. Questo parametro potrebbe essere molto utile per gli studiosi geodinamici che valutano i processi che avvengono nel nucleo”.
Sondare l’interno della Terra con le onde sismiche
L’interno della Terra è stratificato come una cipolla. Il nucleo interno solido di ferro-nichel – oggi 1.200 chilometri (745 miglia) di raggio, o circa tre quarti delle dimensioni della luna – è circondato da un nucleo esterno fluido di ferro fuso e nichel di circa 2.400 chilometri (1.500 miglia) di spessore. Il nucleo esterno è circondato da un mantello di roccia calda di 2.900 chilometri (1.800 miglia) di spessore e ricoperto in superficie da una sottile crosta rocciosa fresca.
La convezione si verifica sia nel nucleo esterno, che bolle lentamente quando il calore del ferro cristallizzato fuoriesce dal nucleo interno, sia nel mantello, quando la roccia più calda si sposta verso l’alto per trasportare questo calore dal centro del pianeta alla superficie. Il vigoroso movimento di ebollizione nel nucleo esterno di ferro liquido produce il campo magnetico terrestre. (Foto a destra: Mappa che mostra i sismometri (triangoli) con cui i ricercatori hanno misurato le onde sismiche dei terremoti (cerchi) per studiare il nucleo interno della Terra. Le stazioni di colore ciano sono dove sono state effettuate nuove misurazioni per lo studio, per lo più campionando il nucleo interno tra i poli nord e sud. Grafica dell’UC Berkeley di Daniel Frost)
Secondo il modello al computer di Frost, che ha creato con l’aiuto di Lasbleis, man mano che i cristalli di ferro crescono, la gravità ridistribuisce la crescita in eccesso da est verso ovest all’interno del nucleo interno. Quel movimento dei cristalli all’interno del solido piuttosto morbido del nucleo interno – che è vicino al punto di fusione del ferro a queste alte pressioni – allinea il reticolo cristallino lungo l’asse di rotazione della Terra in misura maggiore a ovest che a est.
Il modello prevede correttamente le nuove osservazioni dei ricercatori sui tempi di viaggio delle onde sismiche attraverso il nucleo interno: l’anisotropia, o differenza nei tempi di viaggio paralleli e perpendicolari all’asse di rotazione, aumenta con la profondità e l’anisotropia più forte è spostata a ovest rispetto a quella terrestre. asse di rotazione di circa 400 chilometri (250 miglia).
Il modello di crescita del nucleo interno fornisce anche limiti alla proporzione di nichel rispetto al ferro al centro della terra, ha detto Frost. Il suo modello non riproduce accuratamente le osservazioni sismiche a meno che il nichel non costituisca tra il 4% e l’8% del nucleo interno, che è vicino alla proporzione nei meteoriti metallici che una volta presumibilmente erano i nuclei dei pianeti nani nel nostro sistema solare. Il modello dice anche ai geologi quanto sia viscoso, o fluido, il nucleo interno.
“Suggeriamo che la viscosità del nucleo interno sia relativamente grande, un parametro di input importante per i geodinamici che studiano i processi della dinamo nel nucleo esterno”, ha detto Romanowicz.
