Cosa mantiene caldo il nucleo terrestre?

Sebbene noi abitanti della crosta terrestre camminiamo su un bel terreno fresco, sotto i nostri piedi la Terra è un luogo piuttosto caldo. L’interno del pianeta emana abbastanza calore da produrre 200 tazze di caffè bollente all’ora per ciascuno dei 6,2 miliardi circa di abitanti della Terra, afferma Chris Marone, professore di geoscienze alla Penn State. Al centro, si ritiene che le temperature superino gli 11.000 gradi Fahrenheit, una temperatura più calda della superficie del sole.

Una sezione trasversale della Terra rivela tre strati concentrici. Intorno all’esterno, una crosta sottile e dura che varia da 10 a 100 chilometri di spessore. Sotto di essa, un mantello a forma di ciambella spesso 2.900 chilometri, costituito da roccia fusa viscosa che scorre molto lentamente, su una scala temporale geologica.

Al centro della Terra si trova un nucleo fatto da due parti. “La parte interna ha le dimensioni della nostra luna”, afferma Marone, “e ha una densità essenzialmente di acciaio“. Il nucleo esterno che lo circonda è un oceano di metallo liquido spesso 2.300 chilometri. La rotazione della Terra fa fluire e turbinare questo oceano e il metallo in movimento genera il campo magnetico del pianeta.

La maggior parte del calore terrestre è immagazzinato nel mantello

La maggior parte del calore terrestre è immagazzinato nel mantello, afferama Marone, e ci sono quattro fonti che lo mantengono caldo. Innanzitutto, c’è il calore rimasto da quando la gravità ha condensato per la prima volta un pianeta dalla nube di gas e particelle caldi nello spazio pre-Terra. Quando la Terra fusa si è raffreddata, circa 4 miliardi di anni fa, l’esterno si è indurito e ha formato una crosta, mentre il mantello si sta ancora raffreddando.

“Tuttavia, non pensiamo che questo calore originale sia una parte importante del calore della Terra”, afferma Marone. Contribuisce solo dal 5 al 10 percento del totale, circa la stessa quantità del calore gravitazionale”.

Per spiegare il calore gravitazionale, Marone evoca ancora l’immagine della Terra calda e appena formata, che non aveva una densità costante. In un processo di smistamento gravitazionale chiamato differenziazione, le parti più dense e pesanti sono state attratte al centro e le aree meno dense sono state spostate verso l’esterno. L’attrito creato da questo processo ha generato un notevole calore, che, come il calore originale, non si è ancora completamente dissipato.

Poi c’è il calore latente, sostiene Marone. Questo tipo di calore deriva dall’espansione del nucleo mentre la Terra si raffreddava dall’interno verso l’esterno. Proprio come l’acqua gelata si trasforma in ghiaccio, il metallo liquido sta diventando solido e nel processo aggiunge volume. “Il nucleo interno sta diventando più grande di circa un centimetro ogni mille anni”, afferma Marone. Il calore rilasciato da questa espansione sta filtrando nel mantello.

Tuttavia, afferma Marone, la stragrande maggioranza del calore all’interno della Terra, fino al 90%, è alimentata dal decadimento di isotopi radioattivi come il potassio, l’uranio, e il torio contenuti nel mantello. Questi isotopi irradiano calore mentre disperdono l’energia in eccesso e si muovono verso la stabilità. “La quantità di calore causata da questa radiazione è quasi la stessa del calore totale misurato proveniente dalla Terra”.

La radioattività è presente non solo nel mantello, ma anche nelle rocce della crosta terrestre. Ad esempio, spiega Marone, un blocco di granito da 1 chilogrammo sulla superficie emana una piccola ma misurabile quantità di calore (circa quanto una lampadina da 0,000000001 watt) attraverso il decadimento radioattivo.

Potrebbe non sembrare molto ma considerando la vastità del mantello i conti tornano, dice Marone.

In futuro tra milioni di anni il nucleo e il mantello potrebbero raffreddarsi e solidificarsi abbastanza da incontrare la crosta. Se ciò accadesse, la Terra diventerà un pianeta freddo e morto come la luna.

Molto prima di un simile evento, tuttavia, il Sole si sarà probabilmente evoluto in una stella gigante rossa e sarà cresciuto abbastanza da inghiottire il nostro bel pianeta.