Si raffredda ma fonde

Bizzarrie del nucleo terrestre

di Mattia Luca Mazzucchelli

Possiamo immaginare la Terra come una cipolla, fatta a strati e con una sottilissima pellicola a ricoprirla. Quest’ultima è la crosta terrestre ed è anche l’unica parte del pianeta a cui abbiamo accesso diretto. Ma per noi è importante conoscere anche ciò che sta sotto, perché negli involucri via via più profondi hanno origine i processi che portano ai movimenti tettonici, ai vulcani, ai sismi e al magnetismo terrestre.

La Terra: una serie di strati sovrapposti, come una cipolla.

Purtroppo l’idea di Verne di raggiungere il centro della Terra a piedi non è realizzabile, e gli scienziati hanno dovuto capire qual è la suddivisione interna interpretando le onde dei sismi che raggiungono la superficie. Ed ecco ciò che ora sappiamo: il nucleo interno è una sfera solida di ferro e nichel, grande quasi quanto la Luna. Il nucleo interno è circondato dal nucleo esterno, composto sempre da ferro e nichel ma liquido, e poi dal mantello, molto spesso e viscoso. Infine troviamo la crosta terrestre solida, e per vederla basta abbassare gli occhi al suolo.

Il nucleo interno, molto caldo ma solido per via delle elevate pressioni, si sta raffreddando e cede calore al nucleo esterno liquido. Qui iniziano i processi di convezione: come in una pentola di acqua messa a bollire, si innescano dei cicli di risalita di liquido caldo e di ridiscesa di quello freddo. Il calore viene così ceduto al mantello, dove si generano altri moti convettivi, molto più lenti per via dell’alta viscosità. Le celle convettive del mantello sono il motore della tettonica delle placche, mentre quelle nel nucleo esterno, secondo una teoria avvalorata da molti studiosi, sono alla base del magnetismo terrestre. Insomma sono fenomeni che hanno una certa importanza per noi: non dimentichiamo che il movimento delle placche ha spesso come conseguenza sismi ed eruzioni, mentre il campo magnetico terrestre ci protegge dai raggi cosmici.

Il fatto che la Terra si stia raffreddando dall’interno dovrebbe portare all’aumento delle dimensioni del nucleo interno solido a discapito di quello esterno liquido. In altri termini, la parte liquida attorno alla sfera solida dovrebbe solidificarsi al ritmo di 1 millimetro all’anno. Eppure ora sembra che il nucleo si stia contemporaneamente fondendo e solidificando. Non è una contraddizione, ma il risultato di un nuovo studio pubblicato di recente su “Nature” e condotto da scienziati dell’Università di Leeds, in Inghilterra, dell’Università della California a San Diego e dell’Indian Institute of Technology a Kampur.

“E’ idea diffusa che il nucleo interno si stia raffreddando e stia crescendo progressivamente, ma sembra che esistano regioni dove il nucleo si sta in realtà fondendo”, afferma Sebastian Rost, sismologo tra gli autori della ricerca. “La perdita netta di calore verso il mantello assicura che, a livello generale, il nucleo si sta raffreddando e crescendo di dimensioni nel tempo, ma non si tratta certo di un processo uniforme”. Insomma, gli scienziati hanno trovato che il nucleo si sta sì raffreddando, ma esistono ampie zone dove avviene proprio il contrario: il risultato è che il raffreddamento, per quanto preponderante, non è omogeneo.

Confrontando i dati sismici con modelli computerizzati della convezione nel nucleo esterno, i ricercatori sono arrivati alla conclusione che le anomalie sono dovute alle dinamiche del mantello, che poggia sul nucleo, e, ancora prima, ai movimenti tettonici. Infatti i modelli mostrano che al di sotto delle zone tettonicamente attive, come la “cintura di fuoco” del Pacifico, il nucleo si sta effettivamente raffreddando. Al contrario, sotto l’Africa e il Pacifico esistono zone del nucleo calde a sufficienza perché la parte solida possa fondere. Ciò si spiega con il fatto che la “cintura di fuoco” è una zona di subduzione, dove la placca oceanica, fredda rispetto al mantello, viene spinta verso il basso da quelle continentali. Affondando nel mantello, la placca determina un abbassamento di temperatura locale che si propaga fino al nucleo. Invece, dove la placca è stabile, il mantello non può dissipare calore ed è costretto a rimandarlo verso il nucleo. “Solo una piccola parte della superficie del nucleo interno può fondere in un dato momento”, aggiunge Jon Mound, geofisico e coautore della ricerca. “Comunque, considerate le dimensioni del nucleo interno, anche solo l’1 per cento della superficie in fusione corrisponderebbe a 200 mila chilometri quadrati”. Ciò significa che la dinamica del nucleo interno è più complicata di quanto si pensasse, e in qualche modo legata alla tettonica delle placche.

Questo modello permette di spiegare anche certe anomalie nella propagazione delle onde sismiche registrate nel passato. Infatti i dati mostravano la presenza di una superficie liquida ma densa attorno al nucleo interno, e regioni in cui le onde si muovevano più veloci che in altre. Tutto ciò è in accordo con i risultati trovati. In più, i ricercatori promettono che il loro risultato avrà un’influenza notevole anche sugli studi riguardo al geomagnetismo. Le origini di questo fenomeno non sono ancora pienamente comprese, e le ipotesi sfruttano modelli che simulano i vortici presenti nel nucleo esterno, in base alla teoria della dinamo ad autoeccitazione. “Tra i modelli, non tutti danno luogo a calore che fluisce verso il nucleo interno. E la possibilità che questo stia fondendo imporrà dei grossi vincoli al regime in cui la dinamo terrestre deve operare”, concludono i ricercatori.

Gubbins, D., Sreenivasan, B., Mound, J., & Rost, S. (2011). Melting of the Earth’s inner core Nature, 473 (7347), 361-363 DOI: 10.1038/nature10068