Il fatto che un pianeta abbia o meno un campo magnetico può fare molto per determinare se sia o meno abitabile. Mentre la Terra ha una forte magnetosfera che protegge la vita dalle radiazioni dannose e impedisce al vento solare di eliminare la sua atmosfera, il pianeta come Marte non lo fa più. Ecco perché è passato dall'essere un mondo con un'atmosfera più densa e acqua liquida sulla sua superficie al luogo freddo e disseccato che è oggi.
Per questo motivo, gli scienziati hanno cercato a lungo di capire quali poteri del campo magnetico terrestre. Fino ad ora, il consenso è stato che si trattava dell'effetto dinamo creato dalla rotazione del nucleo esterno liquido della Terra nella direzione opposta alla rotazione terrestre. Tuttavia, una nuova ricerca del Tokyo Institute of Technology suggerisce che potrebbe essere effettivamente dovuto alla presenza di cristallizzazione nel nucleo della Terra.
La ricerca è stata condotta da scienziati del Earth-Life Science Institute (ELSI) presso la Tokyo Tech. Secondo il loro studio - intitolato "Cristallizzazione del biossido di silicio ed evoluzione compositiva del nucleo terrestre", apparso di recente in Natura - l'energia che guida il campo magnetico terrestre potrebbe avere più a che fare con la composizione chimica del nucleo terrestre.
Particolare preoccupazione per il gruppo di ricerca è stata la frequenza con cui il nucleo della Terra si raffredda nel tempo geologico - che è stato oggetto di dibattito per qualche tempo. E per il Dr. Kei Hirose - il direttore del Earth-Life Science Institute e autore principale del documento - è stata una sorta di ricerca per tutta la vita. In uno studio del 2013, ha condiviso risultati di ricerca che hanno indicato come il nucleo della Terra potrebbe essersi raffreddato in modo più significativo di quanto si pensasse in precedenza.
Lui e il suo team hanno concluso che dalla formazione della Terra (4,5 miliardi di anni fa), il nucleo potrebbe essersi raffreddato fino a 1.000 ° C (1.832 ° F). Questi risultati sono stati piuttosto sorprendenti per la comunità delle scienze della Terra, portando a quello che uno scienziato ha definito il "Nuovo paradosso del calore di base". In breve, questo tasso di raffreddamento del nucleo significherebbe che sarebbe necessaria un'altra fonte di energia per sostenere il campo geomagnetico terrestre.
A ciò si aggiungono alcune questioni irrisolte sulla composizione chimica del nucleo e relative al problema del raffreddamento del nocciolo. Come ha affermato il dott. Kei Hirose in un comunicato stampa di Tokyo Tech:
"Il nucleo è principalmente ferro e un po 'di nichel, ma contiene anche circa il 10% di leghe leggere come silicio, ossigeno, zolfo, carbonio, idrogeno e altri composti. Pensiamo che siano presenti contemporaneamente molte leghe, ma non conosciamo la proporzione di ciascun elemento candidato. "
Per risolvere questo problema, Hirose e i suoi colleghi dell'ELSI hanno condotto una serie di esperimenti in cui varie leghe sono state sottoposte a condizioni di calore e pressione simili a quelle all'interno della Terra. Ciò consisteva nell'utilizzare un'incudine diamantata per spremere campioni di lega di dimensioni di polvere per simulare le condizioni di alta pressione e quindi riscaldarli con un raggio laser fino a raggiungere temperature estreme.
In passato, la ricerca sulle leghe di ferro nel nucleo si è concentrata principalmente su leghe di ferro-silicio o ossido di ferro ad alte pressioni. Ma per motivi di esperimenti, Hirose e i suoi colleghi hanno deciso di concentrarsi sulla combinazione di silicio e ossigeno - che si ritiene esistano nel nucleo esterno - e di esaminare i risultati con un microscopio elettronico.
Ciò che i ricercatori hanno scoperto è che in condizioni di estrema pressione e calore, campioni di silicio e ossigeno si sono combinati per formare cristalli di biossido di silicio, che erano simili nella composizione al quarzo minerale trovato nella crosta terrestre. Ergo, lo studio ha dimostrato che la cristallizzazione del biossido di silicio nel nucleo esterno avrebbe liberato abbastanza galleggiabilità per alimentare la convezione del nucleo e un effetto dinamo fin dall'inizio dell'eone Hadean in poi.
Come ha spiegato John Hernlund, anche membro di ELSI e coautore dello studio:
“Questo risultato si è rivelato importante per comprendere l'energetica e l'evoluzione del nucleo. Siamo rimasti entusiasti perché i nostri calcoli hanno mostrato che la cristallizzazione dei cristalli di biossido di silicio dal nucleo potrebbe fornire una nuova immensa fonte di energia per alimentare il campo magnetico terrestre ".
Questo studio non solo fornisce prove per aiutare a risolvere il cosiddetto "Nuovo paradosso del calore del nucleo", ma può anche aiutare a migliorare la nostra comprensione di come erano le condizioni durante la formazione della Terra e del primo Sistema Solare. Fondamentalmente, se il silicio e l'ossigeno formano nel tempo un cristallo di biossido di silicio nel nucleo esterno, prima o poi il processo si interromperà una volta esaurito il nucleo di questi elementi.
Quando ciò accade, possiamo aspettarci che il campo magnetico terrestre soffrirà, il che avrà conseguenze drastiche per la vita sulla Terra. Aiuta anche a porre vincoli sulle concentrazioni di silicio e ossigeno che erano presenti nel nucleo quando si è formata la Terra per la prima volta, il che potrebbe fare molto per informare le nostre teorie sulla formazione del Sistema Solare.
Inoltre, questa ricerca potrebbe aiutare i geofisici a determinare come e quando altri pianeti (come Marte, Venere e Mercurio) avevano ancora campi magnetici (e forse condurre a idee su come potessero essere potenziati di nuovo). Potrebbe anche aiutare le squadre scientifiche a caccia di esopianeti a determinare quali esopianeti hanno magnetosfere, il che ci permetterebbe di scoprire quali mondi extra-solari potrebbero essere abitabili.
