Rivista l'età del nucleo interno della Terra

Creando condizioni simili al centro della Terra all'interno di una camera di laboratorio, i ricercatori hanno migliorato la stima dell'età del solido nucleo interno del nostro pianeta, portandola da 1 miliardo a 1,3 miliardi di anni.

I risultati collocano il nucleo all'estremità più giovane di uno spettro di età che di solito va da circa 1,3 miliardi a 4,5 miliardi di anni, ma lo rendono anche un po' più vecchio di una stima recente di soli 565 milioni di anni.

Inoltre, gli esperimenti e le teorie di accompagnamento aiutano a definire l'entità del modo in cui il nucleo conduce il calore e le fonti di energia che alimentano la geodinamo del pianeta, il meccanismo che sostiene il campo magnetico terrestre, che mantiene le bussole rivolte a nord e aiuta a proteggere la vita da raggi cosmici dannosi.

«Le persone sono davvero curiose ed entusiaste di conoscere l'origine della geodinamo, la forza del campo magnetico, perché tutti contribuiscono all'abitabilità di un pianeta», ha detto Jung-Fu Lin, (1) professore presso l'Università del Texas alla Jackson School di Austin di Geosciences che ha guidato la ricerca.

Il nucleo della Terra è fatto principalmente di ferro, con il nucleo interno solido e il nucleo esterno liquido. L'efficacia del ferro nel trasferire il calore attraverso la conduzione, nota come conduttività termica, è la chiave per determinare una serie di altri attributi del nucleo, incluso quando si è formato il nucleo interno.

Nel corso degli anni, le stime dell'età e della conduzione del nucleo sono passate da molto vecchie e relativamente basse a molto giovani e relativamente alte. Ma queste stime più recenti hanno anche creato un paradosso, in cui il nucleo avrebbe dovuto raggiungere la temperatura irrealisticamente elevata per mantenere la geodinamo per miliardi di anni prima della formazione del nucleo interno.

La nuova ricerca, i cui risultati sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review Letters, (2) risolve questo paradosso trovando una soluzione che mantenga la temperatura del nucleo entro parametri realistici. Trovare quella soluzione dipendeva dalla misurazione diretta della conduttività del ferro in condizioni simili a quelle del ferro, dove la pressione è maggiore di 1 milione di atmosfere e le temperature possono competere con quelle che si trovano sulla superficie del sole.

I ricercatori hanno raggiunto queste condizioni spremendo campioni di ferro riscaldati al laser tra due incudini di diamante. Non è stata un'impresa facile. Ci sono voluti due anni per ottenere risultati adeguati.

«Abbiamo incontrato molti problemi e fallito diverse volte, il che ci ha reso frustrati, e abbiamo quasi rinunciato», ha detto il coautore dell'articolo Youjun Zhang, professore associato presso l'Università di Sichuan in Cina. «Con i commenti costruttivi e l'incoraggiamento del professor Jung-Fu Lin, abbiamo finalmente risolto il problema dopo diversi test».

La conduttività misurata di recente è dal 30% al 50% inferiore alla conduttività della stima del nucleo giovane e suggerisce che la geodinamo è stata mantenuta da due diverse fonti di energia e meccanismi: convezione termica e convezione compositiva. In un primo momento la geodinamo è stata mantenuta dalla sola convezione termica. Ora, ogni meccanismo gioca un ruolo altrettanto importante.

Il dottor Jung-Fu Lin ha affermato che con queste informazioni migliorate sulla conduttività e sul trasferimento di calore nel tempo, i ricercatori potrebbero fare una stima più precisa dell'età del nucleo interno. Egli ha detto che «Una volta che sai effettivamente quanto di quel flusso di calore dal nucleo esterno al mantello inferiore, puoi effettivamente pensare a quando la Terra si è raffreddata sufficientemente al punto che il nucleo interno inizia a cristallizzarsi».

Questa età rivista del nucleo interno potrebbe essere correlata a un picco nella forza del campo magnetico terrestre come registrato dalla disposizione dei materiali magnetici nelle rocce che si sono formate in questo periodo. Insieme, le prove suggeriscono che la formazione del nucleo interno era una parte essenziale della creazione dei robusti campi magnetici di oggi.

La National Science Foundation e la National Natural Science Foundation of China hanno sostenuto la ricerca.

Il gruppo di ricerca comprendeva anche Mingqiang Hou, Guangtao Liu e Chengwei Zhang del Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research di Shanghai; Vitali Prakapenka e Eran Greenberg dell'Università di Chicago; e Yingwei Fei e R.E. Cohen della Carnegie Institution for Science.

Riferimenti:

(1) Jung-Fu Lin

(2) Reconciliation of Experiments and Theory on Transport Properties of Iron and the Geodynamo

Descrizione foto: Una simulazione al computer del campo magnetico terrestre, generato dal trasferimento di calore nel nucleo terrestre. - Credit: NASA/ Gary A.Glatzmaier.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: The Age of the Earth’s Inner Core Revised