Un raro gas primordiale sta fuoriuscendo dal nucleo terrestre

Il gas primordiale si è formato all'indomani del Big Bang

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Un nuovo studio ha suggerito che un tipo estremamente raro di elio, creato subito dopo il Big Bang, sta fuoriuscendo dal nucleo metallico della Terra.

La stragrande maggioranza di questo gas nell’universo, l’elio-3, è primordiale, ed è stato creato subito dopo il Big Bang avvenuto circa 13,8 miliardi di anni fa. Parte di questo elio-3 si sarebbe unito ad altre particelle di gas e polvere nella nebulosa solare, la vasta nube rotante e collassata che si pensa abbia portato alla creazione del Sistema Solare.

La scoperta che il nucleo della Terra contiene probabilmente un vasto serbatoio di elio-3 è un’ulteriore prova a sostegno dell’idea che la Terra si sia formata all’interno di una fiorente nebulosa solare, non alla sua periferia o durante la sua fase calante, hanno spiegato i ricercatori.

L’elio-3 è “una meraviglia della natura e un indizio per la storia della Terra“, che indica che “c’è ancora una quantità significativa di questo isotopo all’interno” del nostro pianeta, ha spiegato l’autore principale dello studio Peter Olson, geofisico presso la University of New Mexico.

L’elio-3 è un isotopo, o variante, dell’elio, che ha un neutrone invece dei soliti due nel suo nucleo. È un gas raro, che costituisce solo lo 0,0001% dell’elio sulla Terra. Proviene da vari processi, come il decadimento radioattivo del trizio, un raro isotopo radioattivo dell’idrogeno. Poiché però l’elio è uno dei primi elementi ad esistere nell’universo, è probabile che la maggior parte dell’elio-3 provenga dal Big Bang.

Gli scienziati sapevano già che circa 2 kg di elio-3 fuoriescono ogni anno dall’interno della Terra, principalmente lungo il sistema di dorsale oceanica dove si incontrano le placche tettoniche, hanno evidenziato i ricercatori nello studio, pubblicato su Geochemistry, Geophysics, Geosystems. E’ “abbastanza per riempire un pallone delle dimensioni di una scrivania“, ha detto Olson.
Gli scienziati non erano sicuri però su quanta parte dell’elio-3 provenisse dal nucleo rispetto al mantello e quanto elio-3 fosse presente nei serbatoi della Terra.

Per indagare sulla questione, il team di ricerca ha realizzato modelli sulla presenza di elio durante due fasi importanti della storia della Terra: la formazione primordiale del pianeta, quando stava ancora accumulando elio, e dopo la formazione della Luna, quando il nostro pianeta ha perso molto di questo gas. Gli scienziati ritengono che la Luna si sia formata quando un oggetto colossale delle dimensioni di Marte si è scontrato con la Terra circa 4 miliardi di anni fa. Questo evento avrebbe sciolto la crosta terrestre e consentito la fuoriuscita di gran parte dell’elio all’interno del nostro pianeta. Tuttavia, il nostro pianeta non ha perso tutto il suo elio-3 in quel momento. Conserva ancora parte del gas raro, che continua a fuoriuscire dalle viscere della Terra. Il nucleo sarebbe un buon posto per un tale serbatoio, “perché è meno vulnerabile a grandi impatti rispetto ad altre parti del sistema Terra“, hanno scritto i ricercatori nello studio. Inoltre, il nucleo non è coinvolto nel ciclo delle placche tettoniche, che rilascia gas elio.

I ricercatori hanno raffrontato la moderna velocità di fuoriuscita di elio-3 con modelli di comportamento degli isotopi dell’elio. Questi calcoli hanno rivelato che tra 10 teragrammi e un petagramma di elio-3 sono presenti nel nucleo terrestre, una quantità enorme, che indica che la Terra si è formata in una nebulosa solare con alte concentrazioni di gas.

I modelli di scambio di gas “durante la formazione e l’evoluzione della Terra rivelano un nucleo metallico come un serbatoio che perde, che fornisce elio-3 al resto della Terra“, hanno scritto i ricercatori nello studio.

Tuttavia, poiché questi risultati si basano su modelli, non sono da considerarsi definitivi. Il team ha dovuto elaborare una serie di ipotesi, ad esempio che la Terra assorbisse l’elio-3 mentre si formava nella nebulosa solare, che l’elio entrasse nei metalli che formano il nucleo e che un po’ di elio lasciasse il nucleo per il mantello. Queste ipotesi, oltre ad altre incertezze, inclusa la durata della nebulosa solare rispetto alla velocità con cui si è formata la Terra, significano che potrebbe esserci meno elio-3 nel nucleo di quanto hanno calcolato, hanno precisato gli scienziati.

I ricercatori sperano però di trovare più indizi a sostegno delle loro scoperte. Ad esempio, trovare altri gas creati dalla nebulosa, come l’idrogeno, che fuoriescono dalla Terra da punti simili e a velocità simili a quelle dell’elio-3: potrebbe essere una “pistola fumante” che mostra che il nucleo è la fonte, ha detto Olson, secondo cui “ci sono molti più misteri che certezze“.