Un nuovo lavoro di Stephen Elardo e Anat Shahar di Carnegie mostra che le interazioni tra ferro e nichel sotto pressioni e temperature estreme simili all'interno di un pianeta possono aiutare gli scienziati a comprendere il periodo della giovinezza del nostro Sistema Solare in cui i pianeti si stavano formando e i loro nuclei sono stati creati. I loro risultati sono pubblicati da Geoscienze naturali .

La Terra e altri pianeti rocciosi si sono formati mentre la materia che circonda il nostro giovane Sole si è lentamente accresciuta. Ad un certo punto nei primi anni della Terra, il suo nucleo si è formato attraverso un processo chiamato differenziazione, quando i materiali più densi, come il ferro, sprofondato verso l'interno verso il centro. Questo ha formato la composizione a strati che il pianeta ha oggi, con anima in ferro e mantello e crosta superiori in silicato.

Gli scienziati non possono prelevare campioni dai nuclei dei pianeti. Ma possono studiare la chimica del ferro per aiutare a capire le differenze tra l'evento di differenziazione della Terra e come il processo probabilmente ha funzionato su altri pianeti e asteroidi.

Una chiave per la ricerca sul periodo di differenziazione della Terra è studiare le variazioni negli isotopi di ferro in campioni di rocce e minerali antichi della Terra, oltre che dalla Luna, e altri pianeti o corpi planetari.

Ogni elemento contiene un numero unico e fisso di protoni, ma il numero di neutroni in un atomo può variare. Ogni variazione è un isotopo diverso. Come risultato di questa differenza di neutroni, gli isotopi hanno masse leggermente diverse. Queste lievi differenze significano che alcuni isotopi sono preferiti da certe reazioni, che si traduce in uno squilibrio nel rapporto di ciascun isotopo incorporato nei prodotti finali di queste reazioni.

Un mistero eccezionale su questo fronte è stata la significativa variazione tra i rapporti isotopici del ferro trovati in campioni di lava indurita eruttata dal mantello superiore della Terra e campioni di meteoriti primitivi, asteroidi, la luna, e Marte. Altri ricercatori avevano suggerito che queste variazioni fossero causate dall'impatto gigante che ha formato la Luna o da variazioni chimiche nella nebulosa solare.

Elardo e Shahar sono stati in grado di utilizzare strumenti di laboratorio per imitare le condizioni che si trovano nelle profondità della Terra e di altri pianeti al fine di determinare perché i rapporti isotopici del ferro possono variare in diverse condizioni di formazione planetaria.

Hanno scoperto che il nichel è la chiave per svelare il mistero.

Nelle condizioni in cui la Luna, Marte, e si formarono i nuclei dell'asteroide Vesta, le interazioni preferenziali con il nichel mantengono alte concentrazioni di isotopi di ferro più leggeri nel mantello. Però, nelle condizioni più calde e di pressione più elevate previste durante il processo di formazione del nucleo terrestre, questo effetto nichel scompare, che può aiutare a spiegare le differenze tra le lave della Terra e altri corpi planetari, e la somiglianza tra il mantello terrestre e i meteoriti primitivi.

"C'è ancora molto da imparare sull'evoluzione geochimica dei pianeti, " ha detto Elardo. "Ma gli esperimenti di laboratorio ci permettono di sondare a profondità che non possiamo raggiungere e capire come gli interni dei pianeti si sono formati e cambiati nel tempo".