Gli atomi di ferro nel nucleo interno della Terra si muovono rapidamente

Alcuni gruppi di atomi di ferro nel nucleo interno della Terra sono in grado di muoversi rapidamente, cambiando la loro posizione in una frazione di secondo. E’ ciò che emerge dal nuovo studio condotto dall’Università del Texas ad Austin e da collaboratori cinesi, i cui risultati, basati su esperimenti di laboratorio e modelli teorici, indicano che essi si muovono molto più di quanto si pensasse in precedenza.

È impossibile per gli scienziati campionare direttamente quelle profondità, a causa delle temperature e pressioni estremamente elevate. Quindi, Jung-Fu Lin, professore alla UT Jackson School of Geosciences e i suoi collaboratori lo hanno ricreato in miniatura in laboratorio, prendendo una piccola piastra di ferro e sparandole un proiettile in rapido movimento. I dati di temperatura, pressione e velocità raccolti durante l’esperimento sono stati quindi inseriti in un modello computerizzato di apprendimento automatico.

I ricercatori pensano che gli atomi di ferro nel nucleo interno siano disposti in una configurazione esagonale ripetitiva. Secondo Lin, la maggior parte dei modelli computerizzati che ritraggono la dinamica del reticolo del ferro nel nucleo interno mostrano solo un piccolo numero di atomi, di solito meno di un centinaio. Ma utilizzando un algoritmo di intelligenza artificiale, i ricercatori sono stati in grado di rafforzare in modo significativo l’ambiente atomico, creando una “supercella” di circa 30.000 atomi per prevedere in modo più affidabile le proprietà del ferro. Su questa scala di supercelle, gli scienziati hanno osservato gruppi di atomi che si muovevano, cambiando posto, pur mantenendo la struttura esagonale complessiva. “Il movimento atomico potrebbe spiegare perché le misurazioni sismiche del nucleo interno mostrano un ambiente molto più morbido e malleabile di quanto ci si aspetterebbe a tali pressioni“, ha affermato il co-autore principale Youjun Zhang, professore all’Università del Sichuan.

“I sismologi hanno scoperto che il centro della Terra, chiamato nucleo interno, è sorprendentemente morbido, un po’ come è morbido il burro in cucina“, ha aggiunto. “La grande scoperta che abbiamo fatto è che il ferro solido diventa sorprendentemente morbido nelle profondità della Terra perché i suoi atomi possono muoversi molto più di quanto avessimo mai immaginato. Questo aumento del movimento rende il nucleo interno meno rigido, più debole contro le forze di taglio.”

Secondo i ricercatori, circa la metà dell’energia della geodinamo che genera il campo magnetico terrestre può essere attribuita al nucleo interno, mentre il nucleo esterno costituisce il resto. La nuova comprensione dell’attività su scala atomica può aiutare a informare la ricerca futura su come l’energia e il calore vengono generati nel nucleo interno, come si collega alla dinamica del nucleo esterno e come lavorano insieme per generare il campo magnetico del pianeta. Un ingrediente chiave per un pianeta abitabile. 

I risultati potrebbero aiutare a spiegare numerose proprietà del nucleo interno che da tempo affascinano gli scienziati, oltre a contribuire a far luce sul ruolo che il nucleo svolge nell’alimentare la geodinamo terrestre, il processo sfuggente che genera il campo magnetico del pianeta. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences.