Informazioni sul nucleo terrestre

Un secolo fa, la scienza sapeva a malapena che la Terra aveva persino un nucleo. Oggi siamo stuzzicati dal nucleo e dalle sue connessioni con il resto del pianeta. In effetti, siamo all'inizio di un'età d'oro degli studi di base.

La forma lorda del nucleo

Sapevamo dagli anni 1890, dal modo in cui la Terra risponde alla gravità del Sole e della Luna, che il pianeta ha un nucleo denso, probabilmente di ferro. Nel 1906 Richard Dixon Oldham scoprì che le onde del terremoto si muovono attraverso il centro della Terra molto più lentamente di quanto non facciano attraverso il mantello attorno ad esso, perché il centro è liquido.

Nel 1936 Inge Lehmann riferì che qualcosa riflette le onde sismiche dall'interno del nucleo. È diventato chiaro che il nucleo è costituito da uno spesso guscio di ferro liquido, il nucleo esterno, con un nucleo interno più piccolo e solido al centro. È solido perché a quella profondità l'alta pressione supera l'effetto dell'alta temperatura.

Nel 2002 Miaki Ishii e Adam Dziewonski dell'Università di Harvard hanno pubblicato prove di un "nucleo interiore più interno" lungo circa 600 chilometri. Nel 2008 Xiadong Song e Xinlei Sun hanno proposto un diverso nucleo interno interno lungo circa 1200 km. Di queste idee non si può fare molto finché gli altri non confermano il lavoro.

Qualunque cosa impariamo solleva nuove domande. Il ferro liquido deve essere la fonte del campo geomagnetico terrestre - la geodynamo - ma come funziona? Perché la geodynamo si capovolge, spostando il nord magnetico e il sud, nel tempo geologico? Cosa succede nella parte superiore del nucleo, dove il metallo fuso incontra il mantello roccioso? Le risposte iniziarono a emergere negli anni '90.

Studiare il nucleo

Il nostro strumento principale per la ricerca di base sono state le ondate sismiche, in particolare quelle di grandi eventi come il sisma di Sumatra del 2004. Le "modalità normali" che risuonano, che fanno pulsare il pianeta con il tipo di movimenti che vedi in una grande bolla di sapone, sono utili per esaminare la struttura profonda su larga scala.

Ma un grosso problema è nonuniqueness-qualsiasi dato dato sismico può essere interpretato in più di un modo. Un'onda che penetra nel nucleo attraversa anche la crosta almeno una volta e il mantello almeno due volte, quindi una caratteristica in un sismogramma può avere origine in diversi punti possibili. Molti dati diversi devono essere sottoposti a un controllo incrociato.

La barriera della non-unicità si è leggermente attenuata quando abbiamo iniziato a simulare la Terra profonda nei computer con numeri realistici e mentre riproducevamo alte temperature e pressioni in laboratorio con la cella a incudine di diamante. Questi strumenti (e studi sulla durata della giornata) ci hanno permesso di scrutare attraverso gli strati della Terra fino a quando finalmente possiamo contemplare il nucleo.

Di cosa è fatto il nucleo

Considerando che l'intera Terra in media è costituita dalla stessa miscela di cose che vediamo altrove nel sistema solare, il nucleo deve essere in metallo di ferro insieme a un po 'di nichel. Ma è meno denso del ferro puro, quindi circa il 10 percento del nucleo deve essere qualcosa di più leggero.

Idee su cosa sia quell'ingrediente leggero si sono evolute. Lo zolfo e l'ossigeno sono candidati da molto tempo e persino l'idrogeno è stato preso in considerazione. Ultimamente, c'è stato un crescente interesse per il silicio, poiché esperimenti e simulazioni ad alta pressione suggeriscono che potrebbe dissolversi nel ferro fuso meglio di quanto pensassimo. Forse più di uno di questi è laggiù. Ci vogliono molti ragionamenti ingegnosi e ipotesi incerte per proporre una ricetta particolare, ma il soggetto non è al di là di ogni congettura.

I sismologi continuano a sondare il nucleo interno. L'emisfero orientale del nucleo sembra differire dall'emisfero occidentale nel modo in cui i cristalli di ferro sono allineati. Il problema è difficile da affrontare perché le onde sismiche devono passare da un terremoto, attraverso il centro della Terra, a un sismografo. Gli eventi e le macchine che si allineano perfettamente sono rari. E gli effetti sono sottili.

Core Dynamics

Nel 1996, Xiadong Song e Paul Richards hanno confermato una previsione secondo cui il nucleo interno ruota leggermente più velocemente rispetto al resto della Terra. Le forze magnetiche della geodynamo sembrano essere responsabili.

Nel corso del tempo geologico, il nucleo interno cresce man mano che l'intera Terra si raffredda. Nella parte superiore del nucleo esterno, i cristalli di ferro si congelano e piovono nel nucleo interno. Alla base del nucleo esterno, il ferro si congela sotto pressione portando con sé gran parte del nichel. Il ferro liquido rimanente è più leggero e sale. Questi movimenti in salita e in discesa, interagendo con le forze geomagnetiche, agitano l'intero nucleo esterno a una velocità di circa 20 chilometri all'anno.

Il pianeta Mercurio ha anche un grande nucleo di ferro e un campo magnetico, sebbene molto più debole di quello terrestre. Ricerche recenti suggeriscono che il nucleo di Mercurio è ricco di zolfo e che un simile processo di congelamento lo agita, con la caduta della "neve di ferro" e l'aumento del liquido arricchito di zolfo.

Gli studi di base sono cresciuti nel 1996 quando i modelli al computer di Gary Glatzmaier e Paul Roberts hanno riprodotto per la prima volta il comportamento della geodynamo, comprese inversioni spontanee. Hollywood ha dato a Glatzmaier un pubblico inaspettato quando ha usato le sue animazioni nel film d'azione Il centro.

Un recente lavoro di laboratorio ad alta pressione di Raymond Jeanloz, Ho-Kwang (David) Mao e altri ci ha fornito suggerimenti sul confine nucleo-mantello, dove il ferro liquido interagisce con la roccia di silicato. Gli esperimenti mostrano che i materiali del nucleo e del mantello subiscono forti reazioni chimiche. Questa è la regione in cui molti pensano che nascano pennacchi di mantello, che si innalzano fino a formare luoghi come la catena delle isole Hawaii, Yellowstone, Islanda e altre caratteristiche superficiali. Più apprendiamo sul nucleo, più si avvicina.

PS: Il piccolo gruppo affiatato di specialisti di base appartiene al gruppo SEDI (Study of the Earth's Deep Interior) e ne legge il Finestra di dialogo Deep Earth newsletter. E usano l'Ufficio Speciale per il sito Web del Core come deposito centrale per dati geofisici e bibliografici.