Il nucleo terrestre potrebbe essere molto più freddo di quanto si pensasse

Secondo una nuova tecnica per misurare la temperatura del ferro fuso a pressioni estreme, il nucleo terrestre potrebbe esserebdi quanto si credesse. I risultati, presentati alla Goldschmidt Conference il 17 luglio, potrebbero contribuire a risolvere un annoso enigma su come il campo magnetico terrestre sia sopravvissuto per miliardi di anni prima che si formasse il nucleo interno solido che lo alimenta oggi. “Sembra una soluzione piuttosto elegante al problema”, afferma Bernie Wood, petrologo sperimentale dell’Università di Oxford, non coinvolto nello studio.

Tuttavia, prevede che i risultati susciteranno un dibattito tra i ricercatori che, dopo decenni di sforzi per ricreare le condizioni al centro della Terra, sono generalmente giunti alla conclusione che le temperature siano più elevate. “Queste temperature sono molto più basse rispetto ai risultati di chiunque altro“, afferma Michael Walter, ricercatore specializzato in alta pressione presso la Carnegie Institution for Science, che ha presentato la ricerca. “Sospetto che ci vorrà un po’ di tempo per convincerli”.

Il nucleo terrestre

Il nucleo terrestre, grande quanto Marte, è composto principalmente da ferro, con un nucleo esterno fuso che circonda un nucleo interno solido delle dimensioni della Luna. Il campo magnetico del pianeta è generato dall’agitazione del ferro fuso nel nucleo esterno ed esiste da almeno 4 miliardi di anni. Oggi, questa dinamo è alimentata principalmente dal lento congelamento del nucleo interno, che rilascia calore ed elementi leggeri, più galleggianti, nel metallo liquido sovrastante. Ma alcuni modelli della storia del raffreddamento terrestre suggeriscono che il nucleo interno abbia iniziato a formarsi poco più di mezzo miliardo di anni fa, sollevando il cosiddetto “paradosso del nuovo nucleo“: cosa ha mantenuto in funzione la dinamo per i 3,5 miliardi di anni precedenti all’arrivo del nucleo interno?

La risposta dipende dalle condizioni presenti nelle profondità del pianeta. Poiché il nucleo interno è solido, non deve essere abbastanza caldo da fondere alle immense pressioni a cui è sottoposto. Di conseguenza, determinare il punto di fusione del ferro a pressioni simili a quelle del nucleo fornisce una delle migliori stime della temperatura del nucleo stesso. Molte stime indicano una temperatura superiore a 6000 kelvin.

Lo studio

Il geofisico della Carnegie Institution Zachary Geballe, Walter e i loro colleghi hanno impiegato più di 5 anni per ideare un nuovo metodo per effettuare questa misurazione. Come negli esperimenti precedenti, hanno compresso minuscoli campioni di ferro tra le punte di incudini di diamante a pressioni di quasi 2 milioni di atmosfere, equivalenti a quelle del nucleo esterno terrestre. Ma invece di riscaldare il ferro con un laser, hanno applicato impulsi elettrici della durata di microsecondi, ottenendo un maggiore controllo. E invece di cercare segni di fusione nel ferro stesso, hanno cercato la pausa cruciale nella temperatura che si verifica quando l’energia aggiunta viene utilizzata per fondere il ferro anziché per aumentarne la temperatura.

Alla pressione del confine del nucleo interno, il team ha scoperto che il ferro puro dovrebbe fondere a una temperatura compresa tra 4420 e 5220 kelvin, oltre 1000°C al di sotto delle stime precedenti. Gran parte di questa incertezza deriva dall’estrapolazione delle misurazioni effettuate alle pressioni del nucleo esterno a quelle del confine del nucleo interno, afferma Walter. Dopo aver corretto per gli elementi più leggeri presenti nel nucleo terrestre, la temperatura stimata scende ulteriormente, fino a una stima centrale di 4284 kelvin.

I ricercatori hanno quindi inserito queste temperature di fusione più basse, così come la loro stima di come il ferro conduca il calore a tali pressioni, nei modelli dell’evoluzione termica della Terra. Hanno scoperto che il solo raffreddamento del nucleo avrebbe potuto alimentare la dinamo magnetica per gran parte della storia della Terra, fino a quando il nucleo interno non ha iniziato a solidificarsi poco più di mezzo miliardo di anni fa, afferma Walter. “I nostri dati rendono più plausibile l’ipotesi di una geodinamo a guida termica“.

Un’altra implicazione

Le temperature più basse hanno un’altra implicazione: il confine tra il nucleo terrestre e il mantello è anch’esso più freddo di quanto si pensasse in precedenza. Ciò renderebbe più difficile la fusione delle rocce in quella zona, potenzialmente invalidando le teorie secondo cui gli ammassi di gigantesche masse rocciose che si trovano sopra il nucleo – identificate dal passaggio insolitamente lento delle onde sismiche attraverso le profondità della Terra – siano composte da roccia fusa, afferma Walter.

Si riapre il dibattito

Dario Alfè, fisico dei minerali presso l’University College di Londra, il cui lavoro ha contribuito a stabilire temperature del nucleo più elevate, afferma che le nuove misurazioni rappresenterebbero un “ritorno al passato”, riaccendendo un dibattito che molti ricercatori ritenevano ormai concluso. Tuttavia, rimane scettico. “È difficile dire se ciò sia corretto o meno, certamente non senza un’adeguata analisi dei metodi”, afferma. “Francamente, ho dedicato abbastanza della mia carriera a questo argomento da voler riaprire la discussione”.