Gli scienziati ora hanno un quadro più chiaro del mantello terrestre, grazie alla ricerca della Michigan State University pubblicata nell'attuale numero di Comunicazioni sulla natura .

La più grande sfida di studiare il centro del pianeta, lo strato più grande - stretto tra il suo nucleo di ferro e la superficie sottile che ospita le sue creature viventi - è che non può essere visto. È paragonabile a un paziente che riceve una TAC, e il medico è in grado di vedere punti scuri e chiari indicativi di tessuti sani e tumori.

Invece di una TAC, però, i geologi usano i sismografi. Ma dal momento che non possono immergersi per esplorare cosa significano effettivamente i "punti", devono decifrare cosa dice loro la differenza nelle frequenze delle onde.

"Stiamo guardando una foto del mantello ma non sappiamo cosa significano i colori, " ha detto Susannah Dorfman, Geoscienziato MSU e co-autore dello studio. "I modelli delle onde sismiche mostrano un contrasto che indica una diversa morbidezza e diverse densità; il nostro compito è capire cosa c'è laggiù e perché".

Gli scienziati pensano che il mantello sia come una torta di marmo, mescolati facendo vorticare insieme pezzi di fondale oceanico e roccia primordiale. Come la torta al cioccolato e vaniglia, diverse parti del mantello hanno composizioni diverse.

Dorfman paragona il suo laboratorio e l'analisi che il suo team conduce agli chef in una cucina di prova. L'ingrediente principale di questo menu, anche se, è bridgmanite - il minerale più abbondante della Terra. Si stima che questo minerale costituisca più del 50 percento della Terra. Mentre onnipresente nel mantello, la bridgmanite è piuttosto rara in superficie.

Quanto è raro? La sua esistenza è stata teorizzata e prodotta in laboratorio fin dagli anni '70. Ma è stato solo nel 2014 che un granello di bridgmanite naturale è stato trovato in un meteorite, la sua struttura cristallina mappata e ufficialmente battezzata.

Nel laboratorio di cucina, la squadra ha preparato un campione del minerale raro. Usando una cella a pressione a incudine diamantata e un riscaldamento laser - per duplicare l'inimmaginabile pressione e calore del mantello - hanno testato la loro ricetta di bridgmanite con un pizzico di ferro ferrico. Questa combinazione è piuttosto densa e ossidata. (Il ferro ferrico si trova nella ruggine.)

"La pressione minima necessaria per produrre la bridgmanite nel mantello - un quarto di milione di atmosfere - è come tutto il peso di un elefante in equilibrio su un seme di papavero, " ha detto Dorfmann.

Il gruppo, co-diretto da Jiachao Liu, precedentemente con MSU ora con l'Università del Texas ad Austin, ha anche cambiato la composizione della bridgmanite, scambiando atomi di magnesio e silicio con atomi di ferro 3+.

"Ha cambiato la struttura e il modo in cui agisce, "Dorfman ha detto. "C'è un cambiamento nell'atomo di ferro chiamato transizione di spin, dove l'atomo si restringe e diventa più denso a causa dell'intensa pressione. Questo potenzialmente duplica ciò che sta accadendo nel profondo del mantello".

Queste ricette cucinate in laboratorio forniscono un modello e alcune informazioni sui minerali che potenzialmente compongono il mantello. Quello che la squadra di Dorfman ha cucinato non è un'imitazione esatta dei minerali del mantello, ma il risultato finale ha prodotto le misurazioni più chiare della densità, comprimibilità e conducibilità elettronica della bridgmanite arrugginita nel mantello inferiore.

Mentre Dorfman e altri scienziati potrebbero non vedere mai in prima persona i campioni di carote del mantello, le osservazioni e le misurazioni del laboratorio aiuteranno gli scienziati a interpretare ciò che le onde sismiche potrebbero dire loro.

Questo studio aiuterà gli scienziati a utilizzare misurazioni geofisiche per mappare con precisione la quantità di ferro nel mantello, ma il team ha anche determinato che sarà difficile vedere quanto sia ossidato. Dorfman rimane ottimista sul fatto che questa linea di ricerca svelerà alcuni dei misteri del mantello.

"Il mantello profondo è un luogo strano con caratteristiche misteriose che potrebbero essere residui della formazione della Terra, cimiteri per cumuli di placche tettoniche sommerse, fonti di vulcani hotspot come le Hawaii o i processi che hanno modellato l'atmosfera, "Ha detto Dorfman. "Tutto ciò che possiamo rilevare sulla composizione delle caratteristiche alla base del mantello può aiutarci a risolvere questi misteri".

Scienziati dell'Università del Michigan, Centro per la ricerca scientifica e tecnologica ad alta pressione (Cina), Università delle Hawaii, Anche l'Argonne National Laboratory e l'Università dell'Illinois hanno fatto parte di questa ricerca.