Nel tentativo di indagare sulle condizioni trovate nel nucleo esterno fuso della Terra, i ricercatori hanno determinato con successo la densità del ferro liquido e la velocità con cui il suono si propaga attraverso di esso a pressioni estremamente elevate. Hanno raggiunto questo obiettivo con l'uso di un'incudine diamantata altamente specializzata che comprime i campioni, e sofisticate misurazioni a raggi X. I loro risultati confermano che il nucleo esterno fuso è meno denso del ferro liquido, e anche mettere valori sulla discrepanza.

Il romanzo di Jules Verne del 1864 "Viaggio al centro della Terra" descrive esploratori in un viaggio fantasioso al centro della Terra dove trovano una gigantesca caverna cava che ospita un ambiente preistorico popolato di dinosauri. Ci arrivano grazie a una perforatrice simile a un carro armato che naviga attraverso i vulcani. Sembra divertente, ma inutile dire che è ben lontano dalla realtà, dove i ricercatori esplorano la Terra interna con una gamma di tecniche e strumenti dalla sicurezza comparativa della superficie terrestre.

Le apparecchiature sismiche che misurano il modo in cui i terremoti viaggiano attraverso il pianeta sono fondamentali per mappare alcune delle più grandi disposizioni strutturali all'interno della Terra, e grazie a questo, è noto da tempo che nel cuore della Terra si trova un nucleo solido circondato da un nucleo esterno liquido meno denso. Per la prima volta, esperimenti e simulazioni hanno mostrato ai ricercatori dettagli su questo nucleo esterno che prima erano irraggiungibili. E questi studi rivelano alcuni dettagli affascinanti.

"Ricreare le condizioni che si trovano al centro della Terra quassù in superficie non è facile, ", ha affermato il Professore Assistente al Progetto Yasuhiro Kuwayama del Dipartimento di Scienze della Terra e dei Pianeti. "Abbiamo usato un'incudine di diamante per comprimere un campione di ferro liquido soggetto a calore intenso. Ma più che creare le condizioni, dovevamo mantenerli abbastanza a lungo per prendere le nostre misurazioni. Questa è stata la vera sfida".

È più difficile misurare la densità di un campione liquido rispetto a uno solido, poiché l'apparecchio impiega più tempo per farlo. Ma con un allestimento sperimentale unico incentrato su un'incudine di diamante, che è stato realizzato in due decenni, Kuwayama e il suo team hanno mantenuto il loro campione a sufficienza per raccogliere i dati di cui avevano bisogno. Hanno usato una sorgente di raggi X altamente focalizzata dal sincrotrone SPring-8 in Giappone per sondare il campione e misurarne la densità.

"Abbiamo scoperto che la densità del ferro liquido, come quella che troveresti nel nucleo esterno, è di circa 10 tonnellate per metro cubo a una pressione di 116 gigapascal, e la temperatura deve essere 4, 350 Kelvin, " ha spiegato Kuwayama. "Per riferimento, la temperatura ambiente tipica è di circa 273 Kelvin. Quindi questo campione è oltre 16 volte più caldo della tua stanza, e 10 volte più denso dell'acqua."

Rispetto a questa nuova misurazione, la densità del nucleo esterno della Terra sembra essere circa l'8% meno densa del ferro liquido puro. Il suggerimento qui è che ci siano ulteriori elementi più leggeri nel nucleo esterno fuso che attualmente non sono identificati. Questa ricerca potrebbe aiutare gli altri nella loro ricerca per rivelare segreti più introvabili dal profondo della Terra.

"È importante indagare su queste cose per capirne di più, non solo sul nucleo terrestre, ma sulla composizione, e quindi comportamento, anche di altri pianeti, " ha concluso Kuwayama. "È importante notare che non è stata solo l'attrezzatura elaborata che ci ha aiutato a trovare queste nuove informazioni, ma anche modelli matematici meticolosi e metodi analitici. Siamo rimasti piacevolmente sorpresi dall'efficacia di questo approccio, e spero che possa portare a una maggiore comprensione del mondo sotto i nostri piedi".

Lo studio è pubblicato su Lettere di revisione fisica .