Quando la Terra si formò, miliardi di anni fa, il suo nucleo metallico era avvolto da un oceano globale di roccia fusa che, raffreddandosi e cristallizzandosi, ha dato origine al mantello. Oggi, quando i pennacchi del mantello – che hanno radici profonde – risalgono verso la superficie dando luogo a eruzioni vulcaniche, la lava che ne scaturisce può contenere idrogeno proveniente dalle profondità del pianeta. L’idrogeno esiste in due forme stabili: quella “leggera” (comune) e una versione più pesante chiamata deuterio. Sebbene la maggior parte delle rocce vulcaniche presenti rapporti tra gli isotopi dell’idrogeno relativamente normali, alcune lave associate ai pennacchi del mantello profondo contengono una proporzione insolitamente bassa di deuterio. Questa rara composizione ha dato il via a un acceso dibattito: tale firma, caratterizzata da una scarsa presenza di deuterio, si è formata molto tempo fa durante il consolidamento dell’antico oceano di magma, oppure deriva da una fuoriuscita di idrogeno dal nucleo metallico terrestre?
Un viaggio alle origini della Terra fusa
Per cercare di rispondere a questo interrogativo, un team di ricercatori guidato da Wenzhong Wang, dell’Università di Scienza e Tecnologia della Cina, ha utilizzato sofisticate simulazioni al computer per replicare le condizioni esistenti a migliaia di chilometri sotto la superficie terrestre. Gli studiosi hanno analizzato il comportamento delle due forme di idrogeno durante il raffreddamento della roccia fusa e la sua successiva cristallizzazione in diversi minerali. Successivamente, hanno impiegato i risultati ottenuti per modellare la distribuzione delle due forme di idrogeno nel mantello terrestre primordiale.
In un articolo pubblicato sulla rivista Science Advances, i ricercatori suggeriscono che, durante il raffreddamento e la cristallizzazione dell’antico oceano di magma, le due forme di idrogeno si siano distribuite in modo relativamente uniforme all’interno del mantello. Sebbene siano state riscontrate lievi differenze nei rapporti isotopici a diverse profondità, queste non sono affatto paragonabili ai livelli insolitamente bassi di deuterio osservati nelle rocce vulcaniche provenienti da luoghi come l’isola di Baffin, nell’Artico canadese, o l’Islanda. “I nostri risultati dimostrano che la cristallizzazione dell’oceano di magma non produce un frazionamento significativo degli isotopi dell’idrogeno all’interno del mantello terrestre“, hanno affermato gli autori dello studio.
L’ipotesi di un nucleo che “perde” idrogeno
Ciò significa che il consolidamento dell’oceano di magma non è in grado di spiegare tali firme isotopiche anomale. Di conseguenza, i ricercatori propendono per la tesi della fuoriuscita dal nucleo: essi sostengono che, nel corso di miliardi di anni, idrogeno con una bassa proporzione di deuterio sia fuoriuscito dal nucleo metallico terrestre, disperdendosi nel mantello circostante. C’è poi un altro indizio che punta verso il nucleo. Alcune di queste rocce vulcaniche presentano anche rapporti insolitamente elevati tra elio-3 ed elio-4. L’elio-3 è una forma rara di elio che potrebbe essersi conservata nel nucleo terrestre per miliardi di anni.
Sebbene tali scoperte rafforzino l’ipotesi di una fuoriuscita di idrogeno dal nucleo, non è ancora del tutto chiaro come il materiale riesca a spostarsi da lì verso il mantello. “Chiarire i meccanismi attraverso i quali le ‘firme’ del nucleo vengono trasferite nel mantello rimane un obiettivo importante per gli studi futuri“.