Il nucleo terrestre perde materiale? Rocce vulcaniche forniscono le prove più evidenti finora

Campioni provenienti dalle isole Hawaii sembrano contenere materiale che ha attraversato il confine tra il nucleo del pianeta e il suo mantello, a quasi 3000 chilometri sotto la superficie
di Davide Castelvecchi/Nature
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Un gruppo di ricercatori ha messo in discussione l’immagine della struttura della Terra, secondo cui quello che accade nel denso nucleo metallico del pianeta rimane lì. Un’analisi delle rocce provenienti dalle isole vulcaniche delle Hawaii ha trovato quella che potrebbe essere la prova più evidente del fatto che dal nucleo fuoriesce materiale che è stato spinto fino alla superficie da pennacchi di magma caldo. La ricerca è stata pubblicata il 21 maggio su “Nature”.

“Questa serie di dati sarà un punto di riferimento per la comunità geochimica nel ripensare la storia del mantello e della Terra”, afferma Forrest Horton, geochimico e petrologo alla Woods Hole Oceanographic Institution, che ha sede in Massachusetts.

Studi precedenti, che analizzavano le abbondanze relative di alcuni isotopi – versioni dello stesso elemento con pesi atomici diversi – avevano lasciato intendere che alcune rocce vulcaniche contenessero materiale proveniente dal nucleo della Terra. Alcune rocce provenienti dall’Isola di Baffin, in Canada, presentano quantità insolitamente elevate di elio-3 rispetto al più comune elio-4, oltre ad anomalie nei rapporti tra gli isotopi del tungsteno e dell’idrogeno. Queste firme potrebbero indicare la presenza di materiale originato da scambi avvenuti a circa 2900 chilometri sotto la superficie del pianeta, al confine tra il nucleo, composto principalmente da ferro e nichel, e il mantello roccioso.

Ma questi precedenti indizi isotopici non erano “inequivocabili”, afferma Matthias Willbold, geochimico degli isotopi all’Università di Göttingen, in Germania, e coautore dell’ultimo studio. “L’elio e l’idrogeno non sono elementi specifici del nucleo. Potrebbero far parte anche del mantello”. In cerca di prove più convincenti, Willbold e collaboratori si sono concentrati sul rutenio, un metallo raro simile al platino che è noto per essere concentrato nel nucleo.

Hanno misurato le quantità relative di atomi di rutenio con peso atomico 100, 101 e 102 in campioni di roccia provenienti dalle Hawaii. Secondo Willbold, si tratta di un luogo ideale per cercare rocce che potrebbero aver avuto origine dal mantello più profondo, perché le isole Hawaii sono prodotte da un “punto caldo” (hot spot) in cui il magma che si pensa abbia origine dal mantello più profondo erutta attraverso la crosta terrestre.

Una firma rivelatrice
Per ottenere dati validi, il coautore di Willbold, il geochimico di Göttingen Nils Messling, ha dovuto migliorare la tecnica per estrarre minuscole tracce di rutenio dai campioni di roccia, prima di studiarli in uno spettrometro di massa. “Le differenze previste erano così piccole che le analisi precedenti non sarebbero state in grado di cogliere quel segnale”, spiega Willbold. Il gruppo ha scoperto che le firme isotopiche del rutenio erano sostanzialmente diverse da quelle osservate altrove nella crosta terrestre.

I risultati sono coerenti con quanto ci si aspettava data la storia geologica del pianeta, afferma Willbold. Il nucleo della Terra si è formato più di quattro miliardi di anni fa, mentre il mantello e la crosta contengono molto materiale proveniente da bombardamenti successivi di meteoriti. Ciò significa che queste diverse regioni hanno concentrazioni isotopiche distinte, che potrebbero riflettersi in differenze tra il nucleo e il mantello e la crosta, spiega Willbold.

Il risultato è anche la prova che il pennacchio di magma che trasporta materiale in superficie “deve iniziare al confine tra nucleo e mantello”, afferma Willbold. Horton concorda che le prove sono convincenti, anche se aggiunge che potrebbe essere troppo presto per escludere del tutto spiegazioni alternative. Ulteriori prove potrebbero venire dallo studio di campioni provenienti da altri punti caldi vulcanici.