Yurii Mongol
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BOSTON - I vasti oceani di magma della Terra, che si agitano in profondità sotto i nostri piedi, sembrano pompare ossigeno nel nucleo liquido del pianeta. E quell'ossigeno sta plasmando terremoti e vulcani in tutto il nostro pianeta.
Questa è la conclusione di un corpo di ricerca che il fisico dell'University College di Londra Dario Alfe ha presentato martedì (5 marzo) qui alla riunione di marzo dell'American Physical Society. Sebbene sia impossibile osservare direttamente l'ossigeno nel nucleo terrestre - migliaia di miglia di roccia calda impediscono quella vista - Alfe ei suoi collaboratori hanno utilizzato una combinazione di dati sismologici, chimica e conoscenza dell'antica storia del nostro sistema solare per trarre le loro conclusioni.
La prova principale che qualcosa come l'ossigeno si nasconde nel nucleo di ferro? Terremoti. I brontolii che sentiamo in superficie sono il risultato di onde che si muovono in tutto il nostro pianeta. E il comportamento di quelle onde offre indizi sui contenuti della Terra, quasi come un'ecografia dell'intero pianeta.
Quando le onde del terremoto rimbalzano dal nucleo e tornano in superficie, la loro forma indica che il nucleo esterno di ferro liquido è significativamente meno denso del nucleo di ferro solido pressurizzato al suo interno. E questa differenza di densità influisce sulla forma dei terremoti e sul comportamento dei vulcani sulla superficie. Ma non è così che dovrebbe comportarsi il ferro puro, ha detto Alfe dopo il suo discorso. [In foto: oceano nascosto sotto la superficie terrestre]
"Se il nucleo fosse ferro puro, il contrasto di densità tra il nucleo interno solido e il liquido [nucleo esterno] dovrebbe essere dell'ordine dell'1,5 per cento", ha detto. "Ma la sismologia ci dice che è più del 5%".
In altre parole, il nucleo esterno è meno denso di quanto dovrebbe essere, suggerendo che c'è qualche elemento non di ferro mescolato, rendendolo più leggero.
Quindi questo solleva la domanda: perché l'elemento più leggero dovrebbe essere mescolato con il nucleo esterno ma non con il nucleo interno solido?
Quando gli atomi sono allo stato liquido, fluiscono liberamente l'uno accanto all'altro, rendendo possibile la coesistenza di una miscela di elementi diversi, anche nell'ambiente estremo della Terra interna, ha detto Alfe. Ma poiché pressioni estreme costringono il nucleo interno a uno stato solido, gli atomi formano un reticolo più rigido di legami chimici. E quella struttura più rigida non accoglie facilmente elementi estranei. Quando il nucleo solido si è formato, avrebbe sputato atomi di ossigeno e altre impurità nei suoi dintorni liquidi come il dentifricio che esce da un tubo schiacciato.
"Si vede un effetto simile negli iceberg", ha detto.
Quando l'acqua salata nell'oceano si congela, espelle le sue impurità. Quindi gli iceberg finiscono come pezzi di acqua dolce solida che galleggiano sull'oceano ricco di sodio.
Non ci sono prove dirette che l'elemento più leggero nel nucleo liquido sia l'ossigeno, ha detto Alfe. Ma il nostro pianeta si è formato dalle nuvole di polvere del primo sistema solare e sappiamo quali elementi erano presenti lì. [Cronologia foto: come si è formata la Terra]
Il team di ricerca ha escluso altri elementi, come il silicio, che potrebbero teoricamente essere presenti nel nucleo in base alla composizione di quella nuvola ma non spiegano l'effetto osservato. L'ossigeno è stato lasciato come il candidato più probabile, ha detto.
Inoltre, i livelli di ossigeno teoricamente presenti nel nucleo sembrano inferiori a quanto previsto dalla chimica in base al contenuto di ossigeno del mantello. Ciò suggerisce che più ossigeno viene probabilmente pompato chimicamente nel nucleo esterno anche oggi dal mantello più ricco di ossigeno che lo circonda.
Alla domanda su come sia l'ossigeno nel nucleo, Alfe ha detto di non immaginare bolle o addirittura la ruggine che si forma quando il ferro si lega direttamente all'ossigeno. Invece, a quelle temperature e pressioni, gli atomi di ossigeno fluttuerebbero liberamente tra gli atomi di ferro, creando grumi galleggianti di ferro liquido.
"Se prendi un pacco di liquido che ha 90 atomi di ferro e 10 atomi di ossigeno, questo pacco sarà meno denso di un pacco di ferro puro", e così galleggerà, ha detto Alfe.
Per aiutare a confermare questi risultati, Alfe ha detto che attende con impazienza i risultati degli sforzi per misurare i neutrini formati nel nostro pianeta e che si irradiano verso la superficie. Sebbene i "geoneutrini" siano molto rari, ha detto, possono offrire molte informazioni su ciò che sta accadendo specificamente nel pianeta quando si presentano.
Ma senza alcun modo per accedere direttamente al nucleo, i fisici saranno sempre bloccati a dare i migliori giudizi possibili sulla sua composizione da dati limitati e secondari.
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