Il campo magnetico terrestre protegge e rende abitabile il nostro pianeta bloccando le particelle nocive ad alta energia dallo spazio, compreso dal Sole. La fonte di questo campo magnetico è il nucleo al centro del nostro pianeta.

Ma il nucleo è molto difficile da studiare, anche perché parte da una profondità di circa 2, 900 chilometri, rendendolo troppo profondo per campionare e indagare direttamente.

Eppure facciamo parte di un gruppo di ricerca che ha trovato un modo per ottenere informazioni sul nucleo terrestre, con dettagli pubblicati di recente su Geochemical Perspective Letters.

Fa caldo laggiù

Il nucleo è la parte più calda del nostro pianeta con il nucleo esterno che raggiunge temperature superiori a 5, 000℃. Questo deve interessare il mantello sovrastante e si stima che il 50% del calore vulcanico provenga dal nucleo.

L'attività vulcanica è il principale meccanismo di raffreddamento del pianeta. certo vulcanismo, come quella che sta ancora formando le isole vulcaniche delle Hawaii e dell'Islanda, potrebbe essere collegato al nucleo da pennacchi di mantello che trasferiscono calore dal nucleo alla superficie terrestre.

Tuttavia, se vi è uno scambio di materiale fisico tra il nucleo e il mantello è oggetto di dibattito da decenni.

I nostri risultati suggeriscono che parte del materiale del nucleo si trasferisce alla base di questi pennacchi del mantello, e il nucleo ha perso questo materiale negli ultimi 2,5 miliardi di anni.

Abbiamo scoperto questo osservando variazioni molto piccole nel rapporto degli isotopi dell'elemento tungsteno (gli isotopi sono fondamentalmente versioni dello stesso elemento che contengono solo un numero diverso di neutroni).

Per studiare il nucleo terrestre, dobbiamo cercare traccianti chimici del materiale del nucleo nelle rocce vulcaniche derivate dal mantello profondo.

Sappiamo che il nucleo ha una chimica molto distinta, dominato da ferro e nichel insieme ad elementi come il tungsteno, platino e oro che si dissolvono nella lega ferro-nichel. Perciò, gli elementi che amano le leghe metalliche sono una buona scelta per indagare sulle tracce del nucleo.

La ricerca degli isotopi di tungsteno

Tungsteno (simbolo chimico W) come elemento di base ha 74 protoni. Il tungsteno ha diversi isotopi, Compreso ¹⁸² W (con 108 neutroni) e ¹⁸⁴ W (con 110 neutroni).

Questi isotopi di tungsteno hanno il potenziale per essere i traccianti più conclusivi del materiale del nucleo, perché ci si aspetta che il mantello sia molto più alto ¹⁸² con/ ¹⁸⁴ Rapporti W rispetto al nucleo.

Ciò è dovuto a un altro elemento, Afnio (Hf), che non si scioglie nella lega ferro-nichel e si arricchisce nel mantello, e aveva un isotopo ormai estinto ( ¹⁸² Hf) che è decaduto a ¹⁸² W. Questo dà il mantello in più ¹⁸² W rispetto al tungsteno nel nucleo.

Ma l'analisi necessaria per rilevare le variazioni negli isotopi di tungsteno è incredibilmente impegnativa, poiché stiamo osservando le variazioni nel ¹⁸² con/ ¹⁸⁴ Il rapporto W in parti per milione e la concentrazione di tungsteno nelle rocce è di decine di parti per miliardo. Meno di cinque laboratori al mondo possono fare questo tipo di analisi.

Prova di una perdita

Il nostro studio mostra un cambiamento sostanziale nella ¹⁸² con/ ¹⁸⁴ Rapporto W del mantello durante la vita della Terra. Le rocce più antiche della Terra sono significativamente più alte ¹⁸² con/ ¹⁸⁴ W rispetto alla maggior parte delle rocce della Terra moderna.

Il cambiamento di ¹⁸² con/ ¹⁸⁴ Il rapporto W del mantello indica che il tungsteno dal nucleo si è infiltrato nel mantello per molto tempo.

interessante, nelle rocce vulcaniche più antiche della Terra, in un arco di tempo di 1,8 miliardi di anni non vi è alcun cambiamento significativo negli isotopi di tungsteno del mantello. Ciò indica che da 4,3 miliardi a 2,7 miliardi di anni fa, poco o nessun materiale dal nucleo è stato trasferito nel mantello superiore.

Ma nei successivi 2,5 miliardi di anni, la composizione dell'isotopo di tungsteno del mantello è notevolmente cambiata. Ne deduciamo che un cambiamento nella tettonica delle placche, verso la fine dell'Eone Archeano da circa 2,6 miliardi di anni fa ha innescato correnti convettive abbastanza grandi nel mantello da cambiare gli isotopi di tungsteno di tutte le rocce moderne.

Perché la perdita?

Se i pennacchi del mantello salgono dal confine nucleo-mantello alla superficie, ne consegue che anche il materiale proveniente dalla superficie terrestre deve discendere nel mantello profondo.

subduzione, il termine usato per le rocce dalla superficie terrestre che scendono nel mantello, porta materiale ricco di ossigeno dalla superficie nel mantello profondo come componente integrale della tettonica a zolle.

Gli esperimenti mostrano che l'aumento della concentrazione di ossigeno al confine tra nucleo e mantello potrebbe causare la separazione del tungsteno dal nucleo e nel mantello.

In alternativa, la solidificazione del nucleo interno aumenterebbe anche la concentrazione di ossigeno del nucleo esterno. In questo caso, i nostri nuovi risultati potrebbero dirci qualcosa sull'evoluzione del core, compresa l'origine del campo magnetico terrestre.

Il nucleo della Terra è iniziato come metallo interamente liquido e si è raffreddato e parzialmente solidificato nel tempo. Il campo magnetico è generato dalla rotazione del nucleo solido interno. Il tempo della cristallizzazione del nucleo interno è una delle domande più difficili a cui rispondere nelle scienze della Terra e planetarie.

Il nostro studio ci fornisce un tracciante che può essere utilizzato per indagare l'interazione nucleo-mantello e il cambiamento nelle dinamiche interne del nostro pianeta, e che può aumentare la nostra comprensione di come e quando è stato attivato il campo magnetico.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.