Illustrazione del dispositivo utilizzato dai ricercatori per simulare le condizioni estreme di temperatura e pressione del materiale presente nel nucleo della Terra. Crediti: Stewart McWilliams
Se la vita sul nostro pianeta, almeno come la conosciamo, si è potuta avviare ed evolvere fino ad arrivare allo stato attuale, una buona fetta del merito va sicuramente al campo magnetico terrestre, invisibile ma affidabile scudo che ci protegge dal continuo flusso di particelle energetiche provenienti dallo spazio che ci investe da tutte le direzioni. Oggi abbiamo un’idea abbastanza chiara del processo che genera questo campo magnetico, ovvero il movimento del guscio di ferro liquido nella zona esterna del nucleo del nostro pianeta, una sorta di enorme dinamo naturale. Mancano però alcuni importanti dettagli di come il campo magnetico si sia innescato e mantenuto nel corso della lunga storia della Terra.
Sappiamo che il nostro pianeta si è “assemblato” aggregando via via materiale roccioso che circondava il giovane Sole e, con il trascorrere del tempo, gli elementi più pesanti presenti in questi mattoni primordiali, in particolare il ferro, sono sprofondati fin verso le zone più interne, stratificandosi fino a raggiungere la configurazione attuale, con un nucleo interno, un mantello intermedio e una crosta esterna. La regione più interna del nucleo terrestre è solida, mentre quella esterna è composta da uno strato fuso di lega di ferro che, ruotando e sfregando sulla parte solida, genera appunto il campo magnetico. Queste informazioni però non bastano per riuscire a ricostruire altrettanto accuratamente il comportamento del campo magnetico terrestre nel tempo, che è legato alla conoscenza di alcuni parametri delle regioni centrali del nostro pianeta, come la composizione chimica del nucleo, la pressione, la temperatura e le proprietà con cui si propaga il calore al suo interno. Ed è proprio sullo studio della propagazione del calore tra gli strati solidi e liquidi del nucleo della terra che Alexander Goncharov del Carnegie Institute e il suo team hanno condotto una serie di esperimenti di laboratorio, per ricavare informazioni su come il nostro campo magnetico si è sviluppato e quanta energia viene spesa per sostenere la sua intensità.
Un compito non facile per i ricercatori, che hanno dovuto ricostruire condizioni di temperatura e pressioni estreme, proprio come se fossimo letteralmente al centro della Terra. Condizioni in cui la materia stessa non presenta gli stessi comportamenti che sperimentiamo alle condizioni ordinarie sulla superficie. Per raggiungere questo risultato, i ricercatori hanno utilizzato un congegno che hanno chiamato “cella di diamante a incudine riscaldata al laser”. Semplificando molto, possiamo pensarlo come una prodigiosa pressa dotata di ganasce di diamante tra le quali piccoli campioni di materiale vengono liquefatti dalla pressione esercitata e quindi surriscaldati da fasci laser.
Grazie a questo apparato, il team è stato in grado di analizzare il comportamento di campioni di ferro come se si trovassero nelle stesse condizioni riscontrabili all’interno di pianeti la cui taglia oscilla da quella di Mercurio fino a quella della Terra, ovvero con pressioni tra 345mila e 1,3 milioni di volte quella atmosferica e con temperature comprese tra 1300 e 2700 gradi celsius. I ricercatori hanno registrato in particolare come si propaga all’interno di questi campioni il calore, scoprendo così che la loro capacità di trasmettere energia termica coincide con i valori più bassi delle stime sulla conduttività termica del nucleo terrestre. Ciò indica che l’energia necessaria a sostenere la dinamo terrestre è stata disponibile già nelle prime fasi della storia della Terra. C’è però ancora molto lavoro da fare per comprendere appieno la natura e le proprietà delle zone più interne e inaccessibili del nostro pianeta dove ha origine il campo magnetico, come dice lo stesso Goncharov: «Il prossimo passo, per capire meglio la conduttività termica del nucleo, sarà quello di studiare il contributo ai processi termici all’interno del nostro pianeta fornito dagli altri materiali diversi dal ferro presenti nelle zone interne del nucleo».
Per saperne di più:
- Leggi su Nature l’articolo “Direct measurement of thermal conductivity in solid iron at planetary core conditions“, di Zuzana Konôpková, R. Stewart, McWilliams, Natalia Gómez-Pérez e Alexander F. Goncharov