Tonnellate di ossigeno pressurizzato potrebbero nascondersi nel nucleo di ferro fuso della Terra
I vasti oceani magmatici della Terra, che scendono in profondità sotto i nostri piedi, sembrano pompare ossigeno nel nucleo liquido del pianeta. E quell’ossigeno sembra influire sui terremoti e vulcani in tutto il nostro pianeta.
Questa è la conclusione di un team di ricercatori di fisica dell’università di Londra, guidato da Dario Alfe, presentato martedì 5 marzo alla riunione dell’American Physical Society. Anche se è impossibile osservare l’ossigeno direttamente nel nucleo della Terra, migliaia di chilometri di rocce bollenti impediscono tale visione, Alfe ei suoi collaboratori hanno usato una combinazione di dati sismologici, chimici e la conoscenza sulla storia antica del nostro sistema solare per trarne le conclusioni.
Ma qual è il principale elemento di prova, che fa pensare che qualcosa come l’ossigeno si nasconde nel nucleo del pianeta? I terremoti. I tremori che sentiamo sulla superficie sono il risultato di onde che si muovono in tutto il nostro pianeta e il comportamento di quelle onde offre indizi sui contenuti della Terra, quasi come un’ecografia dell’intero pianeta.
Quando le onde dei terremoti rimbalzano sul nucleo e tornano alla superficie, la loro forma indica che il nucleo esterno di ferro liquido è significativamente meno denso del nucleo di ferro pieno pressurizzato al suo interno. E questa differenza di densità influisce sulla forma dei terremoti e sul comportamento dei vulcani sulla superficie. Ma non è così che dovrebbe comportarsi il ferro puro, Alfe ha detto a Live Science dopo il suo discorso.
“Se il nucleo fosse stato di ferro puro, il contrasto di densità tra il nucleo interno solido e quello il liquido [il nucleo esterno]dovrebbe essere dell’ordine dell’1,5 percento”, ha affermato. “Ma la sismologia ci dice che è più vicino al 5 percento.” In altre parole, il nucleo esterno è meno denso di quanto dovrebbe essere, suggerendo che ci sia un elemento che non è come il ferro mescolato insieme, che lo rende più leggero.
Ciò solleva la domanda: perché l’elemento più leggero dovrebbe essere mescolato con il nucleo esterno, ma non con il nucleo interno solido? Quando gli atomi sono in uno stato liquido, fluiscono liberamente l’uno sull’altro, rendendo possibile la coesistenza di una miscela di elementi diversi, anche nell’ambiente estremo della Terra interna , ha detto Alfe.
Ma poiché pressioni estreme costringono il nucleo interno a uno stato solido, gli atomi formano un reticolo più rigido di legami chimici. E quella struttura più forte non accoglie facilmente elementi stranieri. Quando il nucleo solido si è formato, avrebbe sputato atomi di ossigeno e altre impurità nel suo ambiente liquido come un dentifricio che spuntava da un tubo schiacciato. n”Si vede un effetto simile negli iceberg”, ha dichiarato Alfe.
Quando l’acqua salata nell’oceano si congela, espelle le sue impurità. Così gli iceberg si formano come blocchi di solida acqua dolce che galleggiano sull’oceano ricco di sodio. Non c’è alcuna prova diretta che l’elemento più leggero nel nucleo liquido sia l’ossigeno, ha detto Alfe. Ma il nostro pianeta si è formato dalle nuvole di polvere del primo sistema solare, e sappiamo quali elementi erano presenti lì.
Il team di ricerca ha escluso altri elementi, come il silicio, che potrebbero teoricamente essere presenti nel nucleo in base al contenuto di quelle nuvole primordiali, ma non spiegano l’effetto osservato. L’ossigeno è stato scelto come il candidato più probabile.
Inoltre, i livelli di ossigeno teoricamente presenti nel nucleo sembrano inferiori a quanto previsto dalla chimica in base ai contenuti di ossigeno del mantello. Ciò suggerisce che probabilmente più ossigeno viene pompato chimicamente nel nucleo esterno, anche oggi, dal mantello più ricco di ossigeno che lo circonda.
Alla domanda su come sia l’ossigeno nel nucleo, Alfe ha detto che a quelle temperature e pressioni, gli atomi di ossigeno fluttuano liberamente tra gli atomi di ferro , creando grumi galleggianti di ferro liquido. “Se prendi un pacco di liquido che ha 90 atomi di ferro e 10 atomi di ossigeno, questo pacco sarà meno denso di un pacco di ferro puro”, e così galleggerà, ha detto Alfe.
Per aiutare a confermare questi risultati, Alfe ha dichiarato di non vedere l’ora di vedere i risultati degli sforzi effettuati per misurare i neutrini formatisi nel nostro pianeta e che si irradiano verso la superficie. Anche se i ” geoneutrinos ” sono molto rari, ha detto, possono offrire molte informazioni su cosa sta succedendo specificamente nel pianeta quando si presentano. Ma senza alcun modo di accedere direttamente al nucleo, i fisici saranno sempre bloccati nella possibilità di fare ipotesi sulla sua composizione, avendo a disposizione solo dati secondari limitati.
