Ferro a catinelle

Ci fu un tempo in cui gli impatti fra i corpi del sistema solare in formazione erano all’ordine del giorno. E più i futuri pianeti crescevano, a seguito appunto di questo succedersi ininterrotto di collisioni, più gli impatti diventavano violenti. Talmente violenti – parliamo di oltre 150mila km/h – da vaporizzare il ferro. Un processo, questo, che si ritiene alla base della formazione del nucleo ferroso della Terra e di altri corpi celesti. Molti aspetti, però, rimangono oscuri. «Una delle difficoltà maggiori», dice Richard Kraus della Harvard University, «sta nella modellizzazione del ferro durante gli impatti, in quanto nei pianeti il ferro è uno tra i componenti principali, dunque il suo comportamento è fondamentale per comprendere come si siano formati. In particolare, a non essere ancora ben determinata è la frazione di ferro vaporizzata con le collisioni».

Per cercare una risposta, Kraus e il team di ricercatori dell’LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory) da lui coordinato hanno utilizzato il più grande generatore di raggi X esistente al mondo, la Z Pulsed Power Facility – meglio nota come Z Machine – installata presso i Sandia National Laboratories di Albuquerque, in New Mexico. Con la “Macchina Z”, e avvalendosi d’una nuova tecnica in grado di produrre onde d’urto, sono così riusciti a misurare una caratteristica fondamentale del materiale: il guadagno entropico indotto dallo shock da compressione. In altre parole, sono riusciti a quantificare il livello d’entropia prodotto dall’impatto, determinando così le condizioni necessarie per fare evaporare il ferro presente negli oggetti in collisione fra loro all’epoca della formazione della Terra.

I risultati, pubblicati sull’ultimo numero di Nature Geoscience, indicano che la pressione d’urto necessaria per vaporizzare il ferro si aggira attorno ai 500 GPa, un valore significativamente inferiore rispetto alla precedente stima teorica, che era di quasi 900 GPa. Ciò significa che il ferro vaporizza anche con impatti a velocità relativamente bassa, il che implica una maggior quantità di ferro vaporizzato durante quella che è stata l’infanzia della Terra. «Questo risultato ci costringe a ripensare i processi che hanno portato, per esempio, alla formazione del nucleo terrestre. Non tanto uno sprofondamento diretto verso il cuore in divenire della Terra del ferro presente nei corpi che collidevano, dunque, quanto una vaporizzazione del ferro stesso a seguito degli impatti, con conseguente diffusione sulla superficie del pianeta sovrastata dalla nube di vapore. Raffreddandosi», suggerisce Kraus, «il vapore si sarebbe poi condensato dando luogo a una pioggia di ferro destinata infine a disciogliersi nel mantello ancora fuso del nostro pianeta».

Un fenomeno talmente straniante, questo delle gocce di ferro liquido che bagnavano dall’alto la Terra, da riuscire a fatica a immaginarlo. Eppure il modello messo a punto degli scienziati dell’LLNL non solo è coerente con i risultati prodotti dal test con la Macchina Z, ma spiegherebbe anche, per esempio, la relativa carenza di elementi siderofili nella crosta e nel mantello lunare: a rendere il nostro satellite povero di queste sostanze sarebbe stata la sua incapacità di trattenere grandi quantità di ferro vaporizzato proveniente dai planetesimi, dovuta al fatto che la velocità di fuga dalla Luna è assai minore rispetto a quella dal nostro pianeta.

Per saperne di più:

• Leggi su Nature Geoscience l’articolo “Impact vaporization of planetesimal cores in the late stages of planet formation” di Richard G. Kraus, Seth Root, Raymond W. Lemke, Sarah T. Stewart, Stein B. Jacobsen e Thomas R. Mattsson

Fonte: Media INAF | Scritto da Marco Malaspina