La Terra potrebbe aver consegnato i suoi segreti più intimi a una coppia di geochimici della California, che hanno usato ampie simulazioni al computer per mettere insieme la prima storia del nucleo del nostro pianeta.
Questo schema della crosta e del mantello terrestri mostra i risultati del loro studio, che ha scoperto che pressioni estreme avrebbero concentrato gli isotopi di ferro più pesanti vicino al fondo del mantello mentre si cristallizzava da un oceano di magma.
Usando un supercomputer per spremere e riscaldare virtualmente minerali contenenti ferro in condizioni che sarebbero esistite quando la Terra si fosse cristallizzata da un oceano di magma alla sua forma solida 4,5 miliardi di anni fa, i due scienziati - dell'Università della California a Davis - hanno prodotto la prima immagine di come diversi isotopi di ferro sono stati inizialmente distribuiti nella Terra solida.
La scoperta potrebbe inaugurare un'ondata di indagini sull'evoluzione del mantello terrestre, uno strato di materiale profondo circa 1800 miglia che si estende da appena sotto la sottile crosta del pianeta fino al suo nucleo metallico.
"Ora che abbiamo un'idea di come questi isotopi di ferro siano stati originariamente distribuiti sulla Terra", ha detto l'autore dello studio principale James Rustad, "dovremmo essere in grado di utilizzare gli isotopi per tracciare il funzionamento interno del motore terrestre".
Un articolo che descrive lo studio di Rustad e del co-autore Qing-zhu Yin è stato pubblicato online dalla rivistaNature Geoscience domenica 14 giugno, prima della pubblicazione a luglio.
Inserito tra la crosta terrestre e il nucleo, il vasto mantello rappresenta circa l'85 percento del volume del pianeta. Su una scala temporale umana, questa immensa porzione della nostra sfera sembra essere solida. Ma nel corso di milioni di anni, il calore proveniente dal nucleo fuso e dal decadimento radioattivo del mantello lo fanno agitare lentamente, come una zuppa densa a fuoco lento. Questa circolazione è la forza trainante dietro il movimento superficiale delle placche tettoniche, che costruisce montagne e provoca terremoti.
Una fonte di informazioni che fornisce informazioni sulla fisica di questa massa viscosa sono le quattro forme stabili, o isotopi, di ferro che possono essere trovate nelle rocce che sono salite sulla superficie terrestre a dorsali oceaniche dove si sta verificando la diffusione del fondale marino e nei punti di crisi come i vulcani delle Hawaii che spuntano attraverso la crosta terrestre. I geologi sospettano che parte di questo materiale abbia origine al confine tra il mantello e il nucleo a circa 1.800 miglia sotto la superficie.
"I geologi usano gli isotopi per tracciare i processi fisico-chimici in natura come i biologi usano il DNA per tracciare l'evoluzione della vita", ha detto Yin.
Poiché la composizione degli isotopi di ferro nelle rocce varierà a seconda delle condizioni di pressione e temperatura in cui è stata creata una roccia, Yin ha detto, in linea di principio, i geologi potrebbero usare gli isotopi di ferro nelle rocce raccolte in punti caldi in tutto il mondo per tracciare la storia geologica del mantello . Ma per farlo, avrebbero prima bisogno di sapere come gli isotopi erano originariamente distribuiti nell'oceano di magma primordiale della Terra quando si raffreddava e si induriva.
Yin e Rustad hanno studiato in che modo gli effetti contrastanti di estrema pressione e temperatura nelle profondità interne della Terra avrebbero influenzato i minerali nel mantello inferiore, la zona che si estende da circa 400 miglia sotto la crosta del pianeta fino al confine nucleo-mantello. Le temperature fino a 4.500 gradi Kelvin nella regione riducono le differenze isotopiche tra i minerali a un livello minuscolo, mentre le pressioni di schiacciamento tendono a alterare la forma base dell'atomo di ferro stesso, un fenomeno noto come transizione di spin elettronico.
La coppia ha calcolato la composizione isotopica del ferro di due minerali in un intervallo di temperature, pressioni e diversi stati di spin elettronici che ora sono noti per verificarsi nel mantello inferiore. I due minerali, ferroperovskite e ferropericlase, contengono praticamente tutto il ferro presente in questa profonda porzione della Terra.
I calcoli erano così complessi che ogni serie che Rustad e Yin correvano attraverso il computer richiedevano un mese per essere completati.
Yin e Rustad hanno stabilito che pressioni estreme avrebbero concentrato gli isotopi di ferro più pesanti vicino al fondo del mantello cristallizzante.
I ricercatori hanno in programma di documentare la variazione degli isotopi di ferro nelle sostanze chimiche pure soggette a temperature e pressioni in laboratorio equivalenti a quelle riscontrate al confine tra mantello e nucleo. Alla fine, disse Yin, sperano di vedere verificate le loro previsioni teoriche in campioni geologici generati dal mantello inferiore.
Fonte: EurekAlert
