Cultura: Composizione del nucleo della Terra

La composizione del nucleo della Terra rimane un mistero. Gli scienziati sanno che il nucleo esterno liquido è composto principalmente da ferro, ma si ritiene che siano presenti anche alcune piccole quantità di altri elementi. L’ossigeno è l’elemento più abbondante del pianeta, quindi non sarebbe irragionevole aspettarsi ossigeno nel nucleo. Tuttavia, nuove ricerche eseguite da un team tra cui Carnegie Yingwei Fei dimostrano che l’ossigeno, non è l’elemento più presente nel nucleo esterno. Questo ha importanti implicazioni per la nostra comprensione del periodo in cui la Terra si è formata attraverso l’accrescimento di polveri e grumi di materia.

Il loro lavoro è stato pubblicato il 24 Novembre 2011 su Nature.

composizione del nucleo della terra

Secondo i modelli attuali, oltre a grandi quantità di ferro, il nucleo esterno liquido terrestre contiene piccole quantità di cosiddetti elementi leggeri, possibilmente zolfo, ossigeno, silicio, carbonio o idrogeno. In questa ricerca, Fei, della Geophysical Laboratory di Carnegie, ha lavorato con i colleghi cinesi, tra cui l’autore Haijun da Huang della Cina Wuhan University of Technology, ora uno scienziato in visita presso la Carnegie.
Il team fornisce nuovi dati sperimentali che restringono l’identità degli elementi leggeri presenti nel nucleo esterno della Terra.
Con un’aumento della profondità all’interno della Terra, la pressione e il calore può anche aumentare. Come risultato, i materiali si comportano diversamente di quanto non facciano in superficie. Al centro della Terra ci sono un nucleo esterno liquido e un nucleo interno solido. Gli elementi leggeri si pensa svolgano un ruolo importante nel guidare la convezione del nucleo esterno liquido, che genera il campo magnetico terrestre.
Gli scienziati sanno le variazioni di densità e velocità del suono in funzione della profondità nel nucleo da osservazioni sismiche, ma fino ad oggi è stato difficile misurare queste proprietà in leghe di ferro proposte a pressioni e temperature di base in laboratorio.

“Non possiamo prelevare direttamente un campione del nucleo, quindi dobbiamo imparare attraverso esperimenti di laboratorio migliorati di modellazione e combinati con i dati sismici”, afferma Fei.

Impatti ad alta velocità in grado di generare onde d’urto che aumentano la temperatura e la pressione dei materiali contemporaneamente, causano lo scioglimento dei materiali a pressioni corrispondenti a quelli del nucleo esterno. Il team ha ricreato un’onda d’urto con esperimenti sui materiali che si possono trovare nel nucleo della Terra, miscele di ferro, zolfo e ossigeno.
Confrontando i dati con le osservazioni, essi concludono che l’ossigeno non può essere un importante elemento componente luce del nucleo esterno della Terra, perché gli esperimenti sui materiali ricchi di ossigeno non si allineano con le osservazioni geofisiche. Questo supporta modelli recenti di differenziazione di base su una Terra primordiale in ambienti più ‘ridotti’ (meno ossidati), portando ad un nucleo che è povero di ossigeno.

“La ricerca ha rivelato un potente strumento per decifrare l’identità degli elementi leggeri nel nucleo. Ulteriori ricerche dovrebbero concentrarsi sulla potenziale presenza di elementi come il silicio nel nucleo esterno”, dice Fei.

Parte di questo lavoro è stato sostenuto da finanziamenti della Fondazione Nazionale di Scienze Naturali di Cina, i fondi di ricerca fondamentali per l’Università Centrale, e il National Research Base della Cina, così come la National Science Foundation e il Carnegie Institution for Science.

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