Se potessi viaggiare indietro nel tempo 41, 000 anni all'ultima era glaciale, la tua bussola punterebbe a sud invece che a nord. Questo perché per un periodo di poche centinaia di anni, il campo magnetico terrestre è stato invertito. Questi capovolgimenti sono avvenuti ripetutamente nel corso della storia del pianeta, a volte durano centinaia di migliaia di anni. Lo sappiamo dal modo in cui influenza la formazione dei minerali magnetici, che ora possiamo studiare sulla superficie terrestre.

Esistono diverse idee per spiegare perché si verificano le inversioni del campo magnetico. Uno di questi è diventato più plausibile. I miei colleghi e io abbiamo scoperto che le regioni al di sopra del nucleo terrestre potrebbero comportarsi come gigantesche lampade di lava, con macchie di roccia che periodicamente salgono e scendono nelle profondità del nostro pianeta. Ciò potrebbe influenzare il suo campo magnetico e farlo capovolgere. Il modo in cui abbiamo fatto questa scoperta è stato studiando i segnali di alcuni dei terremoti più distruttivi del mondo.

Verso le 3, 000 km sotto i nostri piedi – 270 volte più in basso della parte più profonda dell'oceano – è l'inizio del nucleo della Terra, una sfera liquida di ferro e nichel per lo più fusi. A questo confine tra il nucleo e il mantello roccioso sovrastante, la temperatura è quasi 4, 000℃ gradi, simile a quello sulla superficie di una stella, con una pressione superiore a 1,3 milioni di volte quella sulla superficie terrestre.

Sul lato del mantello di questo confine, la roccia solida scorre gradualmente nel corso di milioni di anni, guidando la tettonica a zolle che fa muovere e cambiare forma i continenti. Sul lato centrale, fluido, il ferro magnetico vortica vigorosamente, creare e sostenere il campo magnetico terrestre che protegge il pianeta dalle radiazioni dello spazio che altrimenti strapperebbero via la nostra atmosfera.

Perché è così lontano sottoterra, il modo principale per studiare il confine nucleo-mantello è osservare i segnali sismici generati dai terremoti. Utilizzando le informazioni sulla forma e la velocità delle onde sismiche, possiamo capire com'è la parte del pianeta che hanno attraversato per raggiungerci. Dopo un terremoto particolarmente forte, tutto il pianeta vibra come una campana che suona, e misurare queste oscillazioni in luoghi diversi può dirci come varia la struttura all'interno del pianeta.

In questo modo, sappiamo che ci sono due grandi regioni nella parte superiore del nucleo dove le onde sismiche viaggiano più lentamente che nelle aree circostanti. Ogni regione è così grande che sarebbe 100 volte più alta del Monte Everest se fosse sulla superficie del pianeta. Queste regioni, denominate grandi province a bassa velocità o più spesso solo "blob", hanno un impatto significativo sulla dinamica del mantello. Influenzano anche il modo in cui il nucleo si raffredda, che altera il flusso nel nucleo esterno.

Diversi terremoti particolarmente distruttivi negli ultimi decenni hanno permesso di misurare un tipo speciale di oscillazioni sismiche che viaggiano lungo il confine nucleo-mantello, noti come modi di Stoneley. La nostra ricerca più recente su queste modalità mostra che i due blob sulla parte superiore del nucleo hanno una densità inferiore rispetto al materiale circostante. Ciò suggerisce che il materiale si sta attivamente sollevando verso la superficie, coerente con altre osservazioni geofisiche.

Nuova spiegazione

Queste regioni potrebbero essere meno dense semplicemente perché sono più calde. Ma un'eccitante possibilità alternativa è che la composizione chimica di queste parti del mantello le faccia comportare come le macchie in una lampada di lava. Ciò significherebbe che si riscaldano e salgono periodicamente verso la superficie, prima di raffreddare e spruzzare di nuovo sul nucleo.

Tale comportamento cambierebbe il modo in cui il calore viene estratto dalla superficie del nucleo per milioni di anni. E questo potrebbe spiegare perché il campo magnetico terrestre a volte si inverte. Il fatto che il campo sia cambiato così tante volte nella storia della Terra suggerisce che anche la struttura interna che conosciamo oggi potrebbe essere cambiata.

Sappiamo che il nucleo è ricoperto da un paesaggio di montagne e valli come la superficie terrestre. Utilizzando più dati dalle oscillazioni della Terra per studiare questa topografia, saremo in grado di produrre mappe più dettagliate del nucleo che ci daranno una comprensione molto migliore di ciò che sta accadendo in profondità sotto i nostri piedi.