Una nuova ricerca dell'Università del Texas ad Austin rivela che la composizione unica del ferro della Terra non è collegata alla formazione del nucleo del pianeta, mettendo in discussione una teoria prevalente sugli eventi che hanno modellato il nostro pianeta durante i suoi primi anni.

La ricerca, pubblicato in Comunicazioni sulla natura il 20 febbraio, apre la porta ad altre teorie in competizione sul perché la Terra, rispetto ad altri pianeti, ha livelli più elevati di isotopi di ferro pesante. Tra questi:gli isotopi di ferro leggero potrebbero essere stati vaporizzati nello spazio da un grande impatto con un altro pianeta che ha formato la luna; il lento rimescolamento del mantello mentre produce e ricicla la crosta terrestre può incorporare preferibilmente ferro pesante nella roccia; o, la composizione della materia prima che ha formato il pianeta nei suoi primi giorni potrebbe essere stata arricchita con ferro pesante.

Un isotopo è una varietà di atomo che ha un peso diverso dagli altri atomi dello stesso elemento perché ha un diverso numero di neutroni.

"La formazione del nucleo terrestre è stato probabilmente il più grande evento che ha influenzato la storia della Terra. I materiali che compongono l'intera Terra sono stati fusi e differenziati, " disse Jung-Fu Lin, un professore alla UT Jackson School of Geosciences e uno degli autori dello studio. "Ma in questo studio, diciamo che devono esserci altre origini per l'anomalia dell'isotopo di ferro della Terra".

Jin Liu, ora ricercatore post-dottorato presso la Stanford University, ha condotto la ricerca mentre conseguiva il dottorato di ricerca. alla Jackson School. I collaboratori includono scienziati dell'Università di Chicago, Università della Sorbona in Francia, Laboratorio Nazionale Argonne, il Centro per la scienza ad alta pressione e la ricerca tecnologica avanzata in Cina, e l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign.

Campioni di roccia da altri corpi e oggetti planetari, che vanno dalla luna, verso Marte, agli antichi meteoriti chiamati condriti, tutti condividono circa lo stesso rapporto tra isotopi di ferro pesanti e leggeri. Rispetto a questi campioni dallo spazio, le rocce della Terra hanno circa lo 0,01% in più di isotopi di ferro pesanti rispetto agli isotopi leggeri.

Potrebbe non sembrare molto, ma Lin ha detto che è abbastanza significativo da rendere la composizione del ferro della Terra unica tra i mondi conosciuti.

"Questa anomalia dello 0,01 percento è molto significativa rispetto a, dire, condriti, Lin ha detto. "Questa differenza significativa rappresenta quindi una diversa fonte o origine del nostro pianeta."

Lin ha detto che una delle teorie più popolari per spiegare la firma del ferro della Terra è che le dimensioni relativamente grandi del pianeta (rispetto ad altri corpi rocciosi nel sistema solare) hanno creato condizioni di alta pressione e alta temperatura durante la formazione del nucleo che hanno reso diverse proporzioni di isotopi di ferro pesanti e leggeri si accumulano nel nucleo e nel mantello. Ciò ha comportato una quota maggiore di isotopi di ferro pesanti che si legano con gli elementi che compongono il mantello roccioso, mentre gli isotopi di ferro più leggeri si sono legati insieme e con altri metalli in tracce per formare il nucleo della Terra.

Ma quando il team di ricerca ha utilizzato un'incudine di diamante per sottoporre piccoli campioni di leghe metalliche e rocce silicatiche a pressioni di formazione del nucleo, non solo hanno scoperto che gli isotopi di ferro sono rimasti al loro posto, ma che i legami tra il ferro e gli altri elementi si rafforzarono. Invece di rompersi e ricollegarsi con il mantello comune o gli elementi centrali, la configurazione iniziale del legame è diventata più robusta.

"I nostri studi ad alta pressione rilevano che il frazionamento isotopico del ferro tra il mantello di silicato e il nucleo metallico è minimo, " disse Liù, l'autore principale.

Co-autore Nicolas Dauphas, professore all'Università di Chicago, ha sottolineato che l'analisi delle misurazioni su scala atomica era un'impresa a sé stante.

"Bisogna usare sofisticate tecniche matematiche per dare un senso alle misurazioni, " ha detto. "Ci è voluto un dream team per farcela".

Helen Williams, un docente di geologia presso l'Università di Cambridge, ha detto che è difficile conoscere le condizioni fisiche della formazione del nucleo terrestre, ma che le alte pressioni nell'esperimento rendono la simulazione più realistica.

"Questo è uno studio davvero elegante che utilizza un approccio altamente innovativo che conferma i vecchi risultati sperimentali e li estende a pressioni molto più elevate appropriate alle probabili condizioni dell'equilibrio nucleo-mantello sulla Terra, " ha detto Williams.

Lin ha detto che ci vorranno più ricerche per scoprire la ragione della firma unica del ferro della Terra, e che gli esperimenti che approssimano le prime condizioni sulla Terra giocheranno un ruolo chiave perché le rocce dal nucleo sono impossibili da raggiungere.