Sismologia per ascoltare le profondità della terra
la parte interna di tr Lungi dall’essere omogeneo. È diviso in diversi involucri, di cui conosciamo molto bene: la corteccia, il mantello, il nucleo esterno e il nucleo interno. Dobbiamo questa conoscenza principalmente alla sismologia, che studia la propagazione delle onde sismiche da grandi terremoti che viaggiano all’interno e direttamente attraverso il nostro pianeta. I metodi di propagazione, in particolare la velocità delle onde sismiche, consentono di ottenere preziose informazioni sui vari mezzi che si intersecano e quindi di esaminare le profondità della Terra.
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In generale, la velocità delle onde aumenta con l’aumentare della profondità verso il nucleo esterno, in linea con l’aumento della densità del mezzo trasversale. Tuttavia, le osservazioni sismiche ci rivelano che alcune regioni presentano anomalie di velocità. Queste anomalie evidenziano le disomogeneità che possono esistere all’interno di diversi inviluppi terrestri. Il loro studio è fondamentale per ottenere il modello più dettagliato possibile della geometria del nostro pianeta, ma anche della sua geodinamica. Alcune anomalie in particolare hanno a lungo perplesso la comunità scientifica. Si trova al confine tra il mantello inferiore e il nucleo esterno. Questa zona, situata ad una profondità di 2.800 km, è caratterizzata dalla presenza di spot con velocità sismiche molto basse.
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Regioni di velocità anormalmente basse all’interfaccia mantello/nucleo
Ricorda che se il mantello è un mezzo solido, il nucleo esterno è principalmente ferro liquido. Qualcosa di strano accade all’interfaccia tra questi due ambienti completamente diversi: mentre l’intensità aumenta improvvisamente di oltre un terzo, la velocità delle onde sismiche diminuisce improvvisamente della metà. Per spiegare questo fenomeno, per un po’ gli scienziati hanno creduto che queste regioni corrispondessero a sacche dello strato fuso. In effetti, le onde si propagano meno nei mezzi contenenti liquidi. In questo caso, queste sacche di magma potrebbero rappresentare le sorgenti di magma che alimentano i punti caldi e si sa che si originano a profondità molto grandi. I punti caldi assomigliano a grandi pennacchi di mantello caldo che salgono lentamente in superficie, dove danno origine a un’intensa attività vulcanica. Gli arcipelaghi di isole vulcaniche come le Hawaii o le Canarie sono il risultato di questo tipo di fenomeno.
Tuttavia, la maggior parte delle regioni a velocità molto bassa non si trovano al di sotto dei vulcani esistenti. Ciò quindi mette in discussione questa ipotesi.
Matematica per la modellazione della Terra
Un nuovo studio pubblicato in scienze naturali della terra, quindi ho esaminato la questione. Così, gli scienziati americani hanno scoperto un’altra ipotesi: queste regioni a velocità molto bassa potrebbero essere costituite da rocce diverse da quelle del mantello circostante. Il più importante è che questa formazione può essere correlata alla formazione della terra primordiale.
Gli autori dello studio ritengono che queste aree con proprietà fisiche speciali potrebbero in effetti essere assemblaggi di ossido di ferro. La presenza di queste sacche di materiale ferroso può anche contribuire al campo magnetico terrestre, creato principalmente dal nucleo liquido appena sottostante.
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Per comprendere la natura e l’origine di queste regioni a bassa velocità, gli autori hanno utilizzato il cosiddetto metodo inverso: da un modello matematico della Terra che include queste regioni a bassa velocità, i ricercatori hanno creato anelli simulati che riproducono le onde sismiche generate da quella modello. In ogni applicazione, il modello viene modificato fino ad ottenere un’immagine sismica che corrisponde all’immagine già osservata. Al termine di questo processo di inversione, gli scienziati hanno ottenuto un modello dell’interno della Terra che potrebbe spiegare le osservazioni sismiche e in particolare le regioni a bassa velocità nel mantello/interfaccia. Il modello finale consente anche di formulare ipotesi sulla loro origine.
Sacche di ossidi di ferro, resti di un oceano di magma della Terra primordiale
Per capirlo bisogna tornare indietro nel tempo. Oltre 4 miliardi di anni fa, la Terra era ben lontana dall’essere il pianeta che conosciamo oggi. La Terra primordiale era già formata dall’accumulo di polvere del disco solare e da un numero inimmaginabile di pianeti minori (comete e asteroidi). A questo passaggio segue la cosiddetta “differenziazione”: il ferro, che è più denso, inizia a migrare verso l’interno della Terra mentre i metalli più leggeri salgono in superficie. Così gradualmente si formano i vari strati terrestri che conosciamo oggi: la crosta, il mantello, il nucleo esterno liquido e il nucleo interno solido. Questa fase è stata interrotta dalla collisione con un corpo celeste delle dimensioni di Marte, questa gigantesca collisione ha dato origine alla luna. Potrebbe anche aver aumentato notevolmente la temperatura terrestre, facendo sì che il riscaldamento formi un oceano di magma.
©NASA/JPL-Caltech, Wikimedia Commons, dominio pubblico]
Rappresentazione artistica della collisione che ha dato vita alla luna
Nei successivi milioni di anni, questo oceano magma Cominciò a raffreddarsi e differenziarsi, con elementi più pesanti che si depositarono alla base del mantello per formare un livello denso ed eterogeneo di materiale. La dinamica convettiva creata poco dopo nel mantello arriverà finalmente a disturbare la regolarità di questo livello e formerà le regioni discontinue a bassa velocità che osserviamo oggi. Pertanto, la velocità anormalmente bassa di questi punti sarebbe associata a questa natura chimica eterogenea. Rappresenteranno anche i restanti testimoni di questo oceano di magma della Terra primordiale, sfuggito miracolosamente alla convezione del mantello.
Anche se questa spiegazione non è unica, apre la porta a nuove indagini riguardanti lo stato termico iniziale e la composizione chimica del mantello terrestre primordiale.
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