Sappiamo da tempo che le profondità della Terra, ossia il suo nucleo interno di “ferro solido”, non sono fatte di ferro puro. E ora gli scienziati affermano che potrebbe non essere nemmeno solido. Le simulazioni di un team di ricercatori in Cina suggeriscono che le viscere del nostro pianeta si trovano a metà strada tra il solido e il liquido in uno stato “superionico“.
Yu He, fisico dell’Accademia cinese delle scienze e coautore dello studio, pubblicato sulla rivista Nature, ha affermato che i calcoli sono “un nuovo punto di partenza per comprendere il nucleo interno“. Questo studio, e altri simili, ha aggiunto il dottor He, potrebbero un giorno aiutare gli scienziati della Terra a risolvere alcuni problemi fondamentali ma complessi, come quando il nucleo interno ha iniziato a prendere forma.
Ma il nuovo studio non può spiegare completamente tutte le stranezze del nucleo interno.
Sulla superficie della Terra, abbiamo generalmente a che fare con tre stati della materia: solido, liquido e gassoso. L’acqua, per esempio, è presente come ghiaccio, quando le molecole d’acqua sono disposte in un normale cristallo 3D. Quando quel ghiaccio si scioglie per diventare acqua liquida, quelle molecole possono muoversi, ma sono ancora molto vicine. E come gas, le molecole d’acqua mobili sono libere di allontanarsi l’una dall’altra.
Ma quando le sostanze sono sottoposte a un’intensa pressione o calore, possono passare ad altri stati della materia più strani. Come la materia superionica, che si trova tra il liquido e il solido. Nell’acqua superionica, le molecole si dividono in atomi di ossigeno e idrogeno. Gli atomi di ossigeno si cristallizzano in una struttura 3D, come si vedrebbe in un solido, mentre gli atomi di idrogeno si muovono liberamente, come in un liquido. Il ghiaccio d’acqua superionico potrebbe costituire la maggior parte dei pianeti ghiacciati giganti, come Nettuno e Urano.
E alcuni geofisici pensano che anche il centro stesso della Terra, il suo nucleo interno, sia superionico. Invece dell’acqua, però, il nucleo interno è costituito da una lega metallica: per lo più ferro, un po’ di nichel e pochi altri elementi molto più leggeri, come idrogeno e carbonio, anche lì mescolati. Sono gli atomi di ferro che formano la struttura “solida” 3D in uno stato superionico e gli elementi più leggeri scorrono intorno ad essa come liquidi.
I terremoti utilizzati per indagare il nucleo terrestre
Il nucleo interno della Terra raggiunge temperature simili alla superficie del Sole e pressioni 3,7 milioni di volte quelle che sperimentiamo al livello del mare. Scavare fisicamente nel nucleo interno è impossibile e non possiamo ancora ricrearne le condizioni in laboratorio. Quindi, per avere un’idea di come sia il nucleo interno, gli scienziati misurano come le onde sismiche, generate dai terremoti, cambiano di velocità e direzione mentre rimbombano attraverso il centro del pianeta.
Queste informazioni possono dire agli scienziati quanto sia densa la lega di ferro del nucleo interno, così come la sua rigidità. Il dottor He e il suo team hanno utilizzato simulazioni al computer per vedere come le onde sismiche potrebbero viaggiare attraverso una lega fatta di ferro, idrogeno, carbonio e ossigeno sotto pressione e calore enormi. Anche altri studi hanno condotto simulazioni simili, anche se con meno elementi più leggeri inclusi.
Le conclusioni del nuovo studio sono in linea con ciò che gli scienziati hanno dedotto dai terremoti: che il nucleo è meno denso del ferro puro, quindi devono essere mescolati elementi più leggeri, ed è relativamente morbido.
Ma c’è ancora un mistero. Qualcosa che il nuovo studio non può spiegare completamente è una caratteristica peculiare ma distinta del nucleo interno. La velocità con cui un’onda sismica si muove attraverso il nucleo interno dipende dalla sua direzione attraverso il pianeta. Per esempio, un’onda che viaggia tra i poli magnetici nord e sud si increspa più velocemente attraverso il nucleo interno rispetto ad un’onda che viaggia attraverso il globo da equatore a equatore, anche se percorre la stessa distanza. È un fenomeno chiamato anisotropia sismica e nessuno è sicuro del perché avvenga.
Il dottor He e i colleghi suggeriscono che gli elementi più leggeri, simili a liquidi, non sono distribuiti uniformemente attraverso il nucleo interno superionico. Invece, sono concentrati in una sfera appiattita intorno al centro, che frena le onde che passano. Ma non è specificato come esattamente come e perché gli elementi più leggeri potrebbero accumularsi in questo modo.
In ogni caso, il centro del pianeta richiede sicuramente ulteriori studi, ha detto il dottor He: “penso che siano necessari ulteriori studi per spiegare altre caratteristiche sismiche, come l’anisotropia sismica, nel nucleo interno“.
