I ricercatori dell’Università dello Utah hanno scoperto che il nucleo interno della Terra non è una massa omogenea ma un complesso arazzo di diversi tessuti.
I risultati, pubblicati su Nature, provengono dai dati sismici dei terremoti e dagli strumenti di rilevamento del CTBTO e suggeriscono che il nucleo interno inizialmente è cresciuto rapidamente, successivamente ha rallentato nel tempo e potrebbe contenere ferro liquido intrappolato all’interno.
Al centro della Terra c’è una solida sfera di metallo, una sorta di “pianeta dentro il pianeta“, la cui esistenza rende possibile la vita in superficie, almeno per come la conosciamo.
Il modo in cui il nucleo interno della Terra si è formato, è cresciuto e si è evoluto nel tempo rimane un mistero che un team di ricercatori guidati dall’Università dello Utah sta cercando di scandagliare con l’aiuto delle onde sismiche generate dai terremoti naturali. Mentre questa sfera di 2.442 chilometri di diametro comprende meno dell’1% del volume totale della Terra, la sua esistenza è responsabile del campo magnetico del pianeta, senza il quale il pianeta sarebbe un posto molto diverso.
Ma il nucleo interno non è una massa omogenea come credevano precedentemente gli scienziati, ma piuttosto è più simile a un arazzo di diversi “tessuti”, secondo Guanning Pang, un ex studente di dottorato presso il Dipartimento di Geologia e Geofisica dell’Università dello Utah.
“Per la prima volta abbiamo confermato che questo tipo di disomogeneità è ovunque all’interno del nucleo interno”, ha dichiarato Pang, ora ricercatore post-dottorato presso la Cornell University e autore principale di un nuovo studio pubblicato sulla rivista Nature.
L’ultima frontiera
“Ciò che riguardava il nostro studio era cercare di guardare all’interno del nucleo interno”, ha detto il sismologo dell’Università dello Utah Keith Koper, che ha supervisionato lo studio. “È come una zona di frontiera. Ogni volta che immagini l’interno di qualcosa, devi eliminare gli effetti superficiali. Quindi questo è il posto più difficile per creare immagini, la parte più profonda, e ci sono ancora cose che non sono note al riguardo”, ha aggiunto.
Questa ricerca ha sfruttato uno speciale set di dati generato da una rete globale di reti sismiche istituite per rilevare le esplosioni nucleari. Nel 1996, le Nazioni Unite hanno istituito la Commissione preparatoria per l’Organizzazione del trattato per la messa al bando totale dei test nucleari, CTBTO, per garantire il rispetto del trattato internazionale che vieta tali esplosioni.
Il suo fulcro è l’International Monitoring System (IMS), dotato di quattro sistemi per il rilevamento di esplosioni utilizzando strumenti di rilevamento avanzati situati in tutto il mondo. Sebbene il loro scopo sia quello di imporre un divieto internazionale alle detonazioni nucleari, hanno prodotto un tesoro di dati che gli scienziati possono utilizzare per gettare nuova luce su ciò che sta accadendo all’interno della Terra, negli oceani e nell’atmosfera.
Questi dati hanno facilitato la ricerca che ha illuminato le esplosioni meteoriche, identificato una colonia di balenottere azzurre pigmee, fatto previsioni meteorologiche avanzate e fornito informazioni su come si formano gli iceberg.
Mentre la superficie terrestre è stata accuratamente mappata e caratterizzata, il suo interno è molto più difficile da studiare poiché non è possibile accedervi direttamente. I migliori strumenti per percepire questo regno nascosto sono le onde sismiche dei terremoti che si propagano dalla sottile crosta del pianeta e vibrano attraverso il suo mantello roccioso e il nucleo metallico.
Un pianeta dentro un pianeta
Negli ultimi anni il laboratorio di Capodistria ha analizzato i dati sismici sensibili al nucleo interno. Uno studio precedente, condotto da Pang, ha identificato le variazioni tra la rotazione della Terra e il nucleo interno che potrebbero aver innescato uno spostamento della lunghezza del giorno dal 2001 al 2003.
Il nucleo terrestre, che misura circa 4.300 miglia di diametro, è composto principalmente da ferro e un po’ di nichel, insieme a pochi altri elementi. Il nucleo esterno rimane liquido, avvolgendo il solido nucleo interno.
“È come un pianeta all’interno di un pianeta che ha la sua rotazione ed è disaccoppiato da questo grande oceano di ferro fuso”, ha detto Koper, professore di geologia che dirige le stazioni sismografiche dell’Università dello Utah.
Il campo protettivo di energia magnetica che circonda la Terra è creato dalla convezione che si verifica all’interno del nucleo esterno liquido, che si estende per 2.260 chilometri (1.795 miglia) sopra il nucleo solido. Il metallo fuso sale sopra il solido nucleo interno, si raffredda mentre si avvicina al mantello roccioso terrestre e affonda. Questa circolazione genera le bande di elettroni che avvolgono il pianeta. Senza un solido nucleo interno, questo campo sarebbe molto più debole e la superficie planetaria sarebbe bombardata da radiazioni e venti solari che strapperebbero via l’atmosfera e renderebbero la superficie inabitabile.
Il nuovo studio
Per il nuovo studio, il team dell’Università dello Utah ha esaminato i dati sismici registrati da 20 array di sismometri posizionati in tutto il mondo, inclusi due in Antartide. Il più vicino allo Utah è fuori Pinedale, nel Wyoming. Questi strumenti sono inseriti in fori perforati fino a 10 metri in formazioni granitiche e disposti in schemi per concentrare i segnali che ricevono, in modo simile al modo in cui funzionano le antenne paraboliche.
Pang ha analizzato le onde sismiche di 2.455 terremoti, tutti di magnitudo superiore a 5,7, o circa la forza del terremoto del 2020 che ha scosso Salt Lake City. Il modo in cui queste onde rimbalzano sul nucleo interno aiuta a mappare la sua struttura interna.
I terremoti più piccoli non generano onde abbastanza forti da essere utili per lo studio.
“Questo segnale che ritorna dal nucleo interno è davvero minuscolo. La dimensione è dell’ordine di un nanometro”, ha affermato Koper. “Quello che stiamo facendo è cercare un ago in un pagliaio. Quindi questi piccoli echi e riflessi sono molto difficili da vedere”.
Il nucleo sta cambiando
Gli scienziati hanno utilizzato per la prima volta le onde sismiche per determinare che il nucleo interno fosse solido nel 1936. Prima della scoperta da parte del sismologo danese Inge Lehmann, si presumeva che l’intero nucleo fosse liquido poiché è estremamente caldo, avvicinandosi a 10.000 gradi Fahrenheit, circa la temperatura sulla superficie del Sole.
Ad un certo punto della storia della Terra, il nucleo interno ha iniziato a solidificarsi, sotto le intense pressioni esistenti al centro del pianeta. Non si sa precisamente quando sia iniziato questo processo, ma il team dell’Università dello Utah ha raccolto importanti indizi dai dati sismici, che hanno rivelato un effetto di dispersione associato alle onde che penetrano all’interno del nucleo.
“La nostra più grande scoperta è che la disomogeneità tende ad essere più forte quando si scende in profondità. Quindi, verso il centro della Terra tende ad essere più forte”, ha detto Pang.
“Pensiamo che ciò sia correlato alla velocità di crescita del nucleo interno. Molto tempo fa il nucleo interno è cresciuto molto velocemente. Ha raggiunto un equilibrio e poi ha iniziato a crescere molto più lentamente”, ha aggiunto Koper. “Non tutto il ferro è diventato solido, quindi una parte di ferro liquido potrebbe essere intrappolata all’interno”.
Allo studio, finanziato dalla National Science Foundation, hanno partecipato ricercatori della University of Southern California, dell’Université de Nantes in Francia e del Los Alamos National Laboratory.
Fonte: Nature
