Cristallo di forsterite. Crediti: Wikimedia Commons
Forsterite. Segnatevi questo nome, perché è il minerale più abbondante del mantello terrestre. Non solo. Anche al di fuori della Terra, là nello spazio, una buona parte del materiale roccioso che s’incontra è costituito da questo minerale a base di magnesio, silicio e ossigeno. Forstertite, dunque. Da lei è partito un team di geofisici e ingegneri guidato da Toshimori Sekine dell’università di Hiroshima, in Giappone, per ricostruire ciò che dev’essere accaduto nell’epoca più turbolenta della formazione del nostro pianeta. Quando le collisioni fra giganteschi asteroidi e planetesimi erano talmente violente da trasformare la roccia in magma. Condizioni estreme ardue da ricreare in laboratorio, considerando le pressioni in gioco. Sekine e colleghi ci sono riusciti grazie a una tecnica basata sulle onde d’urto prodotte da un potentissimo fascio di luce laser.
«La tecnica laser shock è stato utilizzata per la prima volta nel 1990», ricorda Sekine riferendosi al procedimento da loro adottato, «ma i risultati non erano precisi. I progressi tecnologici più recenti ci consentono invece di misurare con precisione gli stati da essa prodotti».
La tecnica della “scossa laser” (laser shock, appunto), analoga per molti aspetti a quella della fusione a confinamento inerziale, utilizza un laser ad alta potenza per irradiare un bersaglio, in questo caso – come dicevamo – un blocco di forsterite. L’energia così prodotta provoca una brusca espansione delle molecole irradiate, e l’inerzia di questa espansione genera a sua volta un’onda d’urto. E l’energia dell’onda d’urto è tale da sottoporre i cristalli di forsterite a pressioni comprese fra i 250 e i 970 gigapascal (la pressione al centro della Terra, tanto per un confronto, si stima che si aggiri attorno ai 360 GPa). Sufficiente a sciogliere la forsterite in magma.
«I risultati ottenuti forniscono una migliore comprensione di come il magma prodotto a seguito degli impatti possa essersi evoluto, e consente di sviluppare modelli delle strutture interne di pianeti simili al nostro. Collisioni a queste temperature e pressioni estreme sono all’origine della Terra», spiega Sekine, «e potrebbero aver prodotto anche il mantello di altri pianeti, per esempio di super-Terre come CoRoT-7b e Kepler-10b».
Studi precedenti avevano individuato il ruolo dell’ossido di magnesio, uno dei minerali che si forma dalla forsterite, nelle reazioni necessarie affinché un pianeta sviluppi un campo magnetico persistente su scale geologiche, com’è il caso del campo magnetico terrestre. Grazie alle nuove osservazioni sul comportamento della forsterite durante la fusione, i ricercatori potrebbero riuscire a prevedere come i minerali si separino in diversi strati di magma, e quali siano quelli che finiranno per trovarsi abbastanza vicini da reagire fra loro.
«Da quanto abbiamo trovato, emerge la possibilità che collisioni violente e su larga scala tra corpi celesti, se questi contengono forsterite a sufficienza e viaggiano a una velocità superiore ai 13 chilometri al secondo, potrebbero indurre una stratificazione chimica nel mantello dei pianeti di tipo terrestre massicci. La fusione della forsterite», suggerisce Sekine, «potrebbe aver prodotto, nel nucleo della Terra primordiale, una concentrazione di ossido di magnesio abbastanza elevata da alimentare un campo magnetico attorno al pianeta».
Per saperne di più:
- Leggi su Science Advances l’articolo “Shock compression response of forsterite above 250 GPa”, di Toshimori Sekine, Norimasa Ozaki, Kohei Miyanishi, Yuto Asaumi, Tomoaki Kimura, Bruno Albertazzi, Yuya Sato, Youichi Sakawa, Takayoshi Sano, Seiji Sugita, Takafumi Matsui e Ryosuke Kodama