BOSTON - I vasti oceani di magma della Terra, che si muovono in profondità sotto i nostri piedi, sembrano pompare ossigeno nel nucleo liquido del pianeta. E quell'ossigeno sta modellando terremoti e vulcani in tutto il nostro pianeta.
Questa è la conclusione di un corpo di ricerca, il fisico Dario Alfe dell'Università di Londra, presentato martedì (5 marzo) qui alla riunione di marzo dell'American Physical Society. Sebbene sia impossibile osservare direttamente l'ossigeno nel nucleo della Terra - migliaia di miglia di roccia calda impediscono tale visione - Alfe e i suoi collaboratori hanno usato una combinazione di dati sismologici, chimica e conoscenza sulla storia antica del nostro sistema solare per trarre le loro conclusioni.
Le principali prove che qualcosa come l'ossigeno si nasconde nel nucleo di ferro? Terremoti. I rumori che sentiamo in 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 del terremoto rimbalzano sul nucleo e ritornano in superficie, la loro forma indica che il nucleo esterno di ferro liquido è significativamente meno denso del nucleo di ferro solido pressurizzato al suo interno. E quella differenza di densità influisce sulla forma dei terremoti e sul comportamento dei vulcani in superficie. Ma non è così che dovrebbe comportarsi il ferro puro, ha detto Alfe a Live Science dopo il suo discorso.
"Se il nucleo era di ferro puro, il contrasto di densità tra il nucleo interno solido e il liquido dovrebbe essere dell'ordine dell'1,5 percento", ha affermato. "Ma la sismologia ci dice che è più simile al 5 percento."
In altre parole, il nucleo esterno è meno denso di quanto dovrebbe essere, suggerendo che c'è un elemento non ferroso mescolato, 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 allo stato liquido, scorrono liberamente l'uno accanto all'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 spingono il nucleo interno in uno stato solido, gli atomi formano un reticolo più rigido di legami chimici. E quella struttura più rigorosa non ospita elementi estranei con la stessa facilità. Man mano che il nucleo solido si formasse, avrebbe sputato atomi di ossigeno e altre impurità nei suoi dintorni liquidi come il dentifricio che spara da un tubo schiacciato.
"Vedi un effetto simile negli iceberg", ha detto.
Quando l'acqua salata nell'oceano si congela, espelle le sue impurità. Quindi gli iceberg finiscono come pezzi di acqua dolce solida che galleggiano sull'oceano ricco di sodio.
Non ci sono prove dirette 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 alla composizione di quella nuvola ma non spiegano l'effetto osservato. L'ossigeno è stato lasciato come il candidato più probabile, ha detto.
Inoltre, i livelli di ossigeno teoricamente presenti nel nucleo sembrano inferiori a quanto la chimica avrebbe previsto in base al contenuto di ossigeno del mantello. Ciò suggerisce che più ossigeno viene probabilmente pompato chimicamente nel nucleo esterno anche oggi dal mantello più ricco di ossigeno che lo circonda.
Alla domanda su come si presenta l'ossigeno nel nucleo, Alfe ha detto di non immaginare bolle o persino la ruggine che si forma quando il ferro si lega direttamente all'ossigeno. Invece, 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 quindi galleggerà, ha detto Alfe.
Per aiutare a confermare questi risultati, Alfe ha detto che non vede l'ora dei risultati degli sforzi per misurare i neutrini formati sul nostro pianeta e che si irradiano verso la superficie. Mentre i "geoneutrinos" sono molto rari, ha detto, possono offrire molte informazioni su cosa sta succedendo nel pianeta quando si presentano.
Ma senza alcun modo di accedere direttamente al nucleo, i fisici saranno sempre bloccati a dare i loro migliori giudizi possibili sulla sua composizione da dati secondari limitati.
