In che modo la composizione chimica del nucleo del nostro pianeta ha modellato la sua storia geologica e l'abitabilità?

La vita come la conosciamo non potrebbe esistere senza il campo magnetico terrestre e la sua capacità di deviare pericolose particelle ionizzanti dal vento solare e dai raggi cosmici più lontani. È continuamente generato dal movimento del ferro liquido nel nucleo esterno della Terra, un fenomeno chiamato geodinamo.

Nonostante la sua fondamentale importanza, molte domande rimangono senza risposta sull'origine della geodinamo e sulle fonti energetiche che l'hanno sostenuta nei millenni.

Nuovo lavoro di un team internazionale di ricercatori, compresi gli attuali ed ex scienziati della Carnegie Alexander Goncharov, Nicholas Holtgrewe, Sergey Lobanov, e Irina Chuvashova esamina come la presenza di elementi più leggeri nel nucleo prevalentemente di ferro potrebbe influenzare la genesi e la sostenibilità della geodinamo. I loro risultati sono pubblicati da Comunicazioni sulla natura .

Il nostro pianeta è cresciuto dal disco di polvere e gas che circondava il nostro Sole nella sua giovinezza. Infine, il materiale più denso affondò verso l'interno nel pianeta in formazione, creando gli strati che esistono oggi:nucleo, mantello, e crosta. Sebbene, il nucleo è prevalentemente di ferro, i dati sismici indicano che alcuni elementi più leggeri come l'ossigeno, silicio, zolfo, carbonio, e idrogeno, sono stati disciolti in esso durante il processo di differenziazione.

Col tempo, il nucleo interno si è cristallizzato e da allora si è raffreddato continuamente. Da solo, potrebbe il calore che scorre fuori dal nucleo e nel mantello guidare la geodinamo? Oppure questa convezione termica ha bisogno di una spinta in più dalla galleggiabilità degli elementi leggeri, non solo calore, uscire da un nucleo interno che si condensa?

Comprendere le specifiche della composizione chimica del nucleo può aiutare a rispondere a questa domanda.

I silicati sono predominanti nel mantello, e dopo ossigeno e ferro, il silicio è il terzo elemento più abbondante sulla Terra, quindi è una probabile opzione per uno dei principali elementi più leggeri che potrebbe essere in lega con il ferro nel nucleo. Guidato da Wen-Pin Hsieh dell'Academia Sinica e della National Taiwan University, i ricercatori hanno utilizzato il mimetismo in laboratorio delle condizioni della Terra profonda per simulare come la presenza di silicio influenzerebbe la trasmissione del calore dal nucleo di ferro del pianeta al mantello.

"Quanto meno termicamente conduttivo è il materiale del nucleo, minore è la soglia necessaria per generare la geodinamo, " ha spiegato Goncharov. "Con una soglia abbastanza bassa, il flusso di calore fuori dal nucleo potrebbe essere guidato interamente dalla convezione termica, senza bisogno del movimento aggiuntivo di materiale per farlo funzionare."

Il team ha scoperto che una concentrazione di circa l'8% in peso di silicio nel loro nucleo interno simulato, la geodinamo avrebbe potuto funzionare con la sola trasmissione del calore per l'intera storia del pianeta.

Guardare avanti, vogliono espandere i loro sforzi per capire come la presenza di ossigeno, zolfo, e il carbonio nel nucleo influenzerebbe questo processo di convezione.