Il cuore del nostro pianeta è il ferro. Ma ora gli scienziati stanno migliorando la comprensione di cos'altro gira in un vortice al centro della Terra.
Il battito cardiaco del nostro pianeta rimane un mistero per gli scienziati che cercano di scoprire come si è formata la Terra e cosa ne è stato creato. In uno studio recente, sono stati in grado di ricreare le potenti pressioni al centro del nostro pianeta, consentendo agli scienziati di intravedere la sua prima esistenza e persino di capire come potrebbe essere il nucleo della terra ora.
Hanno riportato la loro scoperta nell'ultimo numero di Science. "Se capiamo quali elementi compongono il nucleo, possiamo comprendere meglio le condizioni in cui si è formata la Terra, il che a sua volta ci fornirà maggiori informazioni sulla storia primitiva del sistema solare", afferma il geochimico Anat Shahar, con sede a Washington. presso il Carnegie Institute of Science. Permetterà inoltre agli scienziati di ottenere informazioni su come si sono formati altri pianeti rocciosi nel nostro sistema solare e oltre.
La Terra si è formata circa 4,6 miliardi di anni fa da innumerevoli collisioni di solidi di dimensioni variabili da Marte a un piccolo asteroide. Man mano che la massa della Terra primordiale aumentava, la sua pressione interna e la sua temperatura aumentavano.
Ciò ha influenzato il modo in cui il ferro, che costituisce la maggior parte del nucleo terrestre, ha reagito chimicamente con elementi più leggeri come l'idrogeno, l'ossigeno e il carbonio, nonché i metalli più pesanti che si sono separati dal mantello e sono finiti all'interno della terra. Il mantello è uno strato direttamente sotto la crosta terrestre e il movimento della roccia fusa in quest'area mette in moto le placche tettoniche.
Gli scienziati hanno capito da tempo che i cambiamenti di temperatura possono influenzare il grado in cui un isotopo di un elemento come il ferro diventa parte del nucleo. Questo processo è chiamato frazionamento isotopico.
Tuttavia, fino ad ora, la pressione non è stata considerata una variabile critica che influenza questo processo. "Negli anni '60 e '70 sono stati condotti esperimenti alla ricerca delle conseguenze di tale pressione, ma gli scienziati non hanno trovato nulla", dice Shahar. "Ma ora sappiamo che la pressione alla quale hanno condotto gli esperimenti (circa due gigapascal) non era abbastanza potente".
Nel 2009, un altro gruppo di ricerca ha pubblicato un documento in cui suggeriva che la pressione potrebbe influenzare gli elementi che sono entrati nel nucleo terrestre. Pertanto, Shahar e il suo team hanno deciso di riesaminare i suoi effetti, utilizzando apparecchiature che creano pressione fino a 40 gigapascal. Questo è molto più vicino a 60 gigapascal, che gli scienziati considerano la media durante la prima formazione della Terra.
Video promozionale:
Negli esperimenti condotti su una sorgente di fotoni avanzata presso la Carnegie Institution di Washington, gli scienziati hanno posizionato piccoli campioni di ferro mescolati con idrogeno, carbonio e ossigeno tra due diamanti. Quindi i piani di questa morsa di diamante sono stati uniti, creando una pressione tremenda.
Successivamente, i campioni di ferro convertiti sono stati bombardati con raggi X ad alta energia. "Stiamo usando i raggi X per testare le proprietà vibrazionali delle fasi di ferro", ha detto Shahar. Le diverse frequenze di vibrazione indicano quali isotopi di ferro sono tra i campioni.
Gli scienziati hanno scoperto che una pressione così potente influisce effettivamente sul frazionamento isotopico. In particolare, il team di ricerca ha scoperto che la reazione tra ferro e idrogeno o carbonio, che dovrebbe essere presente nel nucleo, dovrebbe lasciare una traccia caratteristica nella roccia del mantello. Ma non è stato possibile trovare una traccia del genere.
"Pertanto, crediamo che l'idrogeno e il carbonio non siano i principali elementi leggeri nel nucleo", ha detto Shahar.
Ma la combinazione di ferro e ossigeno non poteva lasciare tracce nel mantello, come hanno dimostrato gli esperimenti degli scienziati. Pertanto, è possibile che l'ossigeno possa diventare uno degli elementi più leggeri nella composizione del nucleo terrestre.
Questi risultati supportano l'ipotesi che l'ossigeno e il silicio formino la base degli elementi leggeri disciolti nel nucleo terrestre, afferma Joseph O'Rourke, geofisico presso il California Institute of Technology di Pasadena, che non è stato coinvolto nello studio.
"L'ossigeno e il silicio sono abbondanti nel mantello e sappiamo che si dissolvono nel ferro ad alta temperatura e alta pressione", ha detto. "Poiché l'ossigeno e il silicio sono garantiti per essere nel nucleo, altri candidati come l'idrogeno e il carbonio hanno poche possibilità".
Shahar ha detto che il suo team intende ripetere l'esperimento con silicio e zolfo, che potrebbero far parte del nucleo. Ora che hanno dimostrato che la pressione può influenzare il frazionamento, questo team vuole esaminare l'effetto della pressione e della temperatura in combinazione. Credono che i risultati possano differire da quando la pressione e la temperatura vengono utilizzate da sole. “Abbiamo condotto i nostri esperimenti su campioni di ferro solido a temperatura ambiente. Ma quando si è formato il nucleo, tutto era allo stato fuso , ha detto Shahar.
I risultati di questi esperimenti potrebbero essere rilevanti per i pianeti al di fuori del nostro sistema solare, dicono gli scienziati. "Il fatto è che vediamo solo la superficie o l'atmosfera degli esopianeti", ha detto Shahar. - Ma in che modo la loro parte interiore influenza ciò che sta accadendo in superficie? La risposta a questa domanda influenzerà la presenza o meno della vita su questo pianeta ".
