Cosa contiene il nucleo terrestre?

(Dan Tri Newspaper) - Il nucleo solido della Terra non è composto solo di ferro, ma contiene anche carbonio, ossigeno e silicio. Questa scoperta apre la strada alla soluzione di misteri secolari su come si forma il nucleo e come mantiene il suo campo magnetico che protegge la vita.

Il nucleo terrestre non può essere composto solo di ferro; a quanto pare contiene anche carbonio. Nuove ricerche hanno scoperto che contiene anche ossigeno e silicio (foto: Getty Images).

Il nucleo ricco di ferro al centro della Terra gioca un ruolo cruciale nell'evoluzione del pianeta. Non solo alimenta il campo magnetico, uno scudo che protegge l'atmosfera e gli oceani dalle radiazioni solari, ma è anche il motore della tettonica a placche, che rimodella costantemente i continenti.

Nonostante la sua importanza, molte proprietà fondamentali del nucleo terrestre rimangono un mistero: quanto è caldo in realtà, di cosa è composto e quando inizia a congelare? Una recente scoperta ha avvicinato gli scienziati alla risposta a tutte e tre queste domande.

Si stima che il nucleo interno abbia una temperatura di circa 5.000 Kelvin (4.727 °C). Inizialmente allo stato liquido, il nucleo si raffredda gradualmente nel tempo, cristallizzandosi in una componente solida ed espandendosi verso l'esterno. Questo rilascio di calore crea flussi di placche tettoniche.

Il raffreddamento è anche all'origine del campo magnetico terrestre. Gran parte dell'energia magnetica odierna è sostenuta dal congelamento del nucleo esterno liquido, che alimenta il nucleo solido al suo interno.

Tuttavia, poiché l'accesso diretto è impossibile, gli scienziati sono costretti a basarsi su stime per comprendere i meccanismi di raffreddamento e le proprietà del nucleo. Per chiarire questo aspetto, il fattore più importante è la determinazione del suo punto di fusione.

Grazie alla sismologia, la scienza che studia le onde sismiche, sappiamo esattamente dove si trova il confine tra il nucleo solido e quello liquido. La temperatura in corrispondenza di questo confine corrisponde anche al punto di fusione, ovvero al punto di inizio del congelamento.

Pertanto, se fosse possibile determinare con precisione il punto di fusione, l'umanità potrebbe comprendere meglio la vera temperatura del nucleo terrestre e la sua composizione chimica interna.

Chimica misteriosa

Esistono due approcci principali per comprendere la composizione del nucleo terrestre: lo studio delle meteoriti e l'analisi dei dati sismici.

I meteoriti sono considerati "resti" di pianeti che non si erano ancora formati o frammenti dei nuclei di pianeti già distrutti. La loro composizione chimica suggerisce che il nucleo terrestre sia composto principalmente da ferro e nichel, forse con una piccola percentuale di silicio o zolfo. Tuttavia, questi dati sono solo preliminari e non sufficientemente dettagliati per confermare nulla in modo definitivo.

Nel frattempo, la sismologia offre una visione molto più concreta. Le onde sismiche generate dai terremoti, viaggiando attraverso la Terra, cambiano velocità a seconda del tipo di materiale che attraversano. Confrontando il tempo impiegato dalle onde per raggiungere le stazioni di monitoraggio con i risultati sperimentali sulla velocità di trasmissione nei minerali e nei metalli, gli scienziati possono costruire modelli della struttura interna del pianeta.

I risultati mostrano che il nucleo terrestre è circa il 10% più leggero del ferro puro. In particolare, il nucleo esterno, che si trova allo stato liquido, è più denso del nucleo interno, un paradosso che può essere spiegato solo dalla presenza di alcuni elementi estranei.

Tuttavia, anche dopo aver ristretto il campo delle possibili composizioni, il problema rimane irrisolto. Diversi scenari producono temperature di fusione che variano di centinaia di gradi Celsius, rendendo difficile la determinazione precisa delle proprietà del nucleo.

Una nuova restrizione

In una nuova ricerca, gli scienziati hanno utilizzato la mineralogia per comprendere come il nucleo terrestre abbia iniziato a congelarsi, un approccio più specifico rispetto alla meteorologia e alla sismologia.

Le simulazioni dimostrano che, quando gli atomi di metallo liquido cristallizzano in solidi, ogni lega richiede un diverso livello di "sottoraffreddamento", ovvero di abbassamento della temperatura al di sotto del proprio punto di fusione. Più intenso è questo processo, più facilmente il liquido congela.

Ad esempio, l'acqua in un congelatore può rimanere estremamente fredda a -5 °C per ore prima di congelare, mentre una goccia d'acqua in una nuvola si trasforma in grandine in pochi minuti a -30 °C.

I calcoli mostrano che la temperatura massima di sottoraffreddamento del nucleo è di circa 420 °C al di sotto del suo punto di fusione. Se questa temperatura venisse superata, il nucleo interno risulterebbe insolitamente grande rispetto ai dati sismici. Nel frattempo, il ferro puro richiede 1.000 °C per cristallizzare, il che è impossibile, poiché a quella temperatura l'intero nucleo si sarebbe solidificato.

L'aggiunta di silicio o zolfo non serve a nulla; potrebbe addirittura essere necessario sottoraffreddare ulteriormente il nucleo.

Solo considerando il carbonio il quadro acquista senso. Se il 2,4% della massa del nucleo è costituito da carbonio, sono necessari circa 420 °C per congelare il nucleo interno; con il 3,8% di carbonio, questo valore scende a 266 °C. Una cifra molto più plausibile. Questa è la prima prova che suggerisce che il carbonio svolga un ruolo cruciale nel processo di cristallizzazione del nucleo.

Tuttavia, il nucleo non potrebbe essere costituito unicamente da ferro e carbonio, poiché i dati sismici suggeriscono la presenza di almeno un altro elemento. La ricerca ipotizza la possibilità che il nucleo contenga anche ossigeno, o persino silicio.

Fonte: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/loi-trai-dat-chua-dung-nhung-gi-20250923025913011.htm