Una cella a incudine diamantata riscaldata al laser viene utilizzata per simulare le condizioni di pressione e temperatura del nucleo terrestre. L'inserto mostra un'immagine al microscopio elettronico a scansione di un punto di fusione spento con liquidi immiscibili. Credito:Sarah M. Arveson/Yale University
Un team di scienziati guidato da Yale potrebbe aver trovato un nuovo fattore per aiutare a spiegare il flusso e riflusso del campo magnetico terrestre, ed è qualcosa di familiare a chiunque abbia preparato una vinaigrette per la propria insalata.
Il campo magnetico terrestre, prodotto vicino al centro del pianeta, ha a lungo agito da cuscinetto contro le radiazioni nocive dei venti solari emanate dal Sole. Senza quella protezione, la vita sulla Terra non avrebbe avuto l'opportunità di fiorire. Eppure la nostra conoscenza del campo magnetico terrestre e della sua evoluzione è incompleta.
In un nuovo studio pubblicato il 6 maggio su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , Il professore associato di Yale Kanani K.M. Lee e il suo team hanno scoperto che le leghe di ferro fuso contenenti silicio e ossigeno formano due liquidi distinti in condizioni simili a quelle del nucleo terrestre. È un processo chiamato immiscibilità.
"Osserviamo spesso l'immiscibilità dei liquidi nella vita di tutti i giorni, come quando olio e aceto si separano nel condimento per l'insalata. È sorprendente che la separazione della fase liquida possa verificarsi quando gli atomi vengono forzati molto vicini tra loro sotto le immense pressioni del nucleo terrestre, ", ha detto la studentessa laureata a Yale Sarah Arveson, l'autore principale dello studio.
L'immiscibilità nelle leghe fuse complesse è comune a pressione atmosferica ed è stata ben documentata da metallurgisti e scienziati dei materiali. Ma gli studi sulle leghe immiscibili a pressioni più elevate sono stati limitati alle pressioni trovate nel mantello superiore della Terra, situato tra la crosta terrestre e il suo nucleo.
Ancora più profondo, 2, 900 chilometri sotto la superficie, è il nucleo esterno, un più di 2, Strato di ferro fuso dello spessore di 000 chilometri. È la fonte del campo magnetico del pianeta. Sebbene questo liquido caldo arrotoli vigorosamente mentre si convessa, rendendo il nucleo esterno per lo più ben miscelato, ha uno strato liquido distinto nella parte superiore. Le onde sismiche che si muovono attraverso il nucleo esterno viaggiano più lentamente in questo strato superiore che nel resto del nucleo esterno.
Istantanee di ferro (verde), silicio (blu), e atomi di ossigeno (rosso) in simulazioni al computer che dimostrano liquidi Fe-Si e Fe-Si-O immiscibili nelle condizioni del nucleo terrestre. Credito:Bijaya B. Karki
Gli scienziati hanno offerto diverse teorie per spiegare questo lento strato liquido, compresa l'idea che leghe di ferro immiscibili formino strati nel nucleo. Ma non ci sono state prove sperimentali o teoriche per dimostrarlo fino ad ora.
Utilizzando riscaldato al laser, esperimenti con celle a incudine diamantate per generare alte pressioni, combinato con simulazioni al computer, il team guidato da Yale ha riprodotto le condizioni trovate nel nucleo esterno. Hanno dimostrato due distinti, strati liquidi fusi:un povero di ossigeno, liquido ferro-silicio e un liquido ferro-silicio-ossigeno. Poiché lo strato ferro-silicio-ossigeno è meno denso, sale verso l'alto, formando uno strato di liquido ricco di ossigeno.
"Il nostro studio presenta la prima osservazione di leghe di metallo fuso immiscibili in condizioni così estreme, suggerendo che l'immiscibilità nei fusi metallici può essere prevalente ad alte pressioni, " ha detto Lee.
I ricercatori hanno affermato che i risultati aggiungono una nuova variabile per comprendere le condizioni della Terra primordiale, così come il modo in cui gli scienziati interpretano i cambiamenti nel campo magnetico terrestre nel corso della storia.
Ulteriori autori dello studio sono Jie Deng di Yale e Bijaya Karki della Louisiana State University.
