Uno studio sperimentale mostra come l’acqua possa reagire con il silicio nel nucleo e creare uno strato cristallino sottile e distino.
Un esperimento rivela come l’acqua possa modificare il nucleo terrestre
La reazione tra l’acqua subdotta e le leghe di ferro-silicio potrebbe aver formato uno strato idrogenato nella parte più esterna del nucleo
Un gruppo di ricercatori internazionali, tra cui scienziati dell’Arizona State University, ha condotto un esperimento ad alta pressione e temperatura per simulare le condizioni del confine tra il mantello e il nucleo della Terra.
Lo scopo era di capire come l’acqua, trasportata in profondità dalle placche tettoniche in subduzione, potesse interagire con le leghe metalliche che costituiscono il nucleo esterno liquido.
I risultati, pubblicati sulla rivista Nature Geoscience¹, mostrano che l’acqua reagisce con il silicio presente nelle leghe di ferro, formando silice (SiO2) e idruri metallici (FeHx).
Questi prodotti hanno una densità e una velocità sismica inferiore rispetto al resto del nucleo, e potrebbero aver dato origine a uno strato sottile e distinto nella parte più esterna del nucleo, chiamato strato E?².
Lo strato E? è stato rilevato da studi sismologici che hanno evidenziato una variazione di velocità delle onde sismiche generate da terremoti o esplosioni a una profondità di circa 2900 km sotto la superficie terrestre, dove si trova il confine tra il mantello e il nucleo.
Si tratta di una discontinuità sismica che non è facilmente spiegabile con un cambiamento di concentrazione di un solo elemento leggero nel nucleo³.
Per questo motivo, gli scienziati hanno ipotizzato che lo strato E? possa essere il risultato di un’interazione chimica tra il mantello e il nucleo, mediata dall’acqua.
L’acqua, infatti, è un elemento che può essere trasportato in profondità dalle placche tettoniche che si inabissano nelle zone di subduzione, dove una placca litosferica scivola sotto un’altra placca e si immerge nel mantello.
La subduzione è un fenomeno geologico che ha un ruolo chiave nella teoria della tettonica delle placche, e che permette il riciclo della litosfera oceanica e continentale nel mantello?.
Si stima che la quantità di acqua subdotta dalla superficie sia di circa 10^12 kg all’anno?, e che la maggior parte di essa venga rilasciata in superficie attraverso la rottura dei minerali idrati a profondità relativamente basse (circa 300 km).
Tuttavia, una parte dell’acqua potrebbe raggiungere il confine tra il mantello e il nucleo, dove potrebbe innescare una reazione con il silicio nelle leghe di ferro.
Questa reazione, secondo gli autori dello studio, potrebbe aver avuto luogo per miliardi di anni, modificando la composizione chimica dello strato più esterno del nucleo e stabilizzando una stratificazione chimica nella parte superiore del nucleo.
Inoltre, la reazione produrrebbe dei cristalli di silice che risalirebbero verso il mantello e si integrerebbero nella sua struttura.
Questo processo potrebbe avere implicazioni per la dinamica del nucleo e del mantello, e per la generazione del campo magnetico terrestre, che dipende dal flusso dei fluidi metallici nel nucleo?.
Lo studio rappresenta una nuova prospettiva sulle interazioni tra il nucleo e il mantello terrestre, e suggerisce che il ciclo dell’acqua possa avere un ruolo importante nella struttura e nell’evoluzione del pianeta.
Fonte: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01324-x
Riferimenti:
(1) (2) Subduction – Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Subduction.
(3) Subduction Definition & Meaning – Merriam-Webster. https://www.merriam-webster.com/dictionary/subduction.
(4) Subduction | Earthdata. https://www.earthdata.nasa.gov/topics/land-surface/geomorphic-landforms-processes/tectonic-processes/subduction.
(5) Core–mantle boundary – Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Core%E2%80%93mantle_boundary.
(6) analysis of core–mantle boundary related seismic waves using full …. https://academic.oup.com/gji/article/232/2/1259/6750233.
(7) Imaging the multi-scale topography of the Earth’s core. https://www.earth.ox.ac.uk/wp-content/uploads/2021/12/EARTH-22-PK1.pdf.
(8) A hydrogen-enriched layer in the topmost outer core sourced … – Nature. https://www.nature.com/articles/s41561-023-01324-x.pdf.
(9) Earth’s surface water may be seeping down to its core. https://interestingengineering.com/science/earths-surface-water-seeping-core.
(10) Possible formation of hydrogen-rich layer in the topmost outer core by …. https://www.researchsquare.com/article/rs-1425697/v1.
(11) undefined. https://doi.org/10.1093/gji/ggac389.
(12) undefined. https://doi.org/10.1038/s41561-023-01324-x.