Immagine ripresa da Paul Voosen (2022)

La Terra si è formata circa 4,5 miliardi di anni fa grazie alla collisione e fusione di molti planetesimi in una fase molto turbolenta del sistema solare nascente. Il ferro, più denso degli altri elementi, sarebbe sprofondato nella proto-Terra ancora fusa, mentre i silicati galleggiavano come l'olio in acqua e sarebbero andati a formare il mantello. All'interno della Terra in formazione la temperatura di migliaia di gradi e la pressione di milioni di atmosfere fecero sì che il nucleo rimanesse fuso, mentre crosta e mantello si raffreddavano e si indurivano.
Sono le onde sismiche che hanno permesso di studiare la struttura interna della Terra. Dopo un terremoto, le onde P (primarie, longitudinali, di compressione) si propagano in tutte le direzioni. A queste seguono le onde S (secondarie, trasversali che oscillano perpendicolarmente alla loro direzione di propagazione). Mentre le onde P, piegate e rifratte, riemergono dall'altra parte del pianeta rispetto all'ipocentro, le onde S sembrano sparire. Queste ultime non attraversano i liquidi, che non hanno la rigidità tale da permetterne la propagazione. Conclusione: se le onde S "spariscono", propagandosi all'interno del pianeta, queste hanno attraversato un mezzo non solido. All'inizio degli anni 30 del secolo scorso, studiando registrazioni sismiche, la sismologa Inge Lehmann capì che il nucleo interno era solido e aveva un diametro di 2440 km. Ha più o meno le dimensioni di Plutone.
Le South Sandwich Islands, all'estremo sud dell'Oceano Atlantico, sono una zona con frequenti terremoti da dove si propagano delle onde sismiche, che raggiungono una stazione in Alaska dopo aver attraversato il nucleo interno della Terra. Ebbene, i sismologi hanno usato queste onde per studiare la rotazione del nucleo interno, che, galleggiando nel nucleo esterno fluido, non deve per forza ruotare in sincronia con il resto del pianeta. Analizzando il percorso, la velocità e la traiettoria delle onde sismiche nel corso dei decenni si è scoperto che le onde P che attraversano il nucleo interno stanno accelerando. Il nucleo interno sembra ruoti più velocemente del resto del pianeta di un grado circa all'anno. Secondo questa ipotesi, ogni 400 anni il nucleo interno compirebbe una rivoluzione all'interno della Terra. Alcuni scienziati parlano, quindi, di una super-rotazione del nucleo.

Immagine ripresa da Paul Voosen (2022)

Recentemente, si è scoperto che questa ipotetica super-rotazione si sarebbe interrotta improvvisamente circa dieci anni fa. Addirittura, alcuni geologi hanno dati che sembrerebbero provare un rallentamento del nucleo interno rispetto alla rotazione del resto del pianeta. Cosa sta succedendo e quali sono le conseguenze? Sembra che le interazioni gravitazionali tra mantello e nucleo interno possano spiegare l'accelerazione e decelerazione del nucleo stesso. Questo, infatti, non sarebbe liscio in superficie, ma presenterebbe protuberanze alte anche centinaia di metri che, collidendo con il nucleo esterno e il mantello, potrebbero "tirare il nucleo interno avanti e indietro". Si tratta di ipotesi e il fenomeno è lungi dall'essere chiarito. Bisogna, infatti, sottolineare che l'ipotesi della super-rotazione non è la sola in campo per spiegare i dati sismici. La topografia mutevole del nucleo interno potrebbe da sola spiegare le variazioni riscontrate nella propagazione delle onde sismiche. La superficie interna del nucleo si allarga e si restringe continuamente su una scala temporale di anni e giorni! Queste variazioni, ovviamente, sono importanti per il motore che genera il campo magnetico terrestre.
Il nucleo interno è il luogo più metallico della Terra. Ferro quasi allo stato puro con un po' di nichel. Ci sono poi tracce di ossigeno, carbonio e silicio, tutti elementi che si trovano in superficie, mentre il ferro e il nichel per la maggiore densità si concentrano all'interno. Una domanda importante a cui rispondere è la natura del ferro all'interno del nucleo, a temperature e pressioni molto elevate. Il ferro cristallizzando può assumere una forma cubica, ma in condizioni estreme di temperatura e pressione può riorganizzarsi formando esagoni. Questa struttura esagonale sembra quella più probabile per il ferro del nucleo interno della Terra. Tuttavia, alcuni indizi suggeriscono che prima di assumere questa forma, il ferro assuma quella a cubo. La discussione tra ferro cubico ed esagonale non è solamente una curiosità matematica. Infatti, la struttura può determinare come si allineano i cristalli di ferro, come avviene il mescolamento con nichel ed altri elementi leggeri, quanto calore viene rilasciato durante il mescolamento e quale sia il punto di fusione della miscela stessa. Sono in corso esperimenti per riprodurre le condizioni interne del nucleo in modo tale da capire la forma del ferro laggiù, a 5000 km di profondità.
Ci sono anche altri dubbi. La parte più interna del nucleo ferroso è diversa da quella più esterna. C'è una sfera di 600 km di diametro che non sembra essere uguale al resto. Ferro cubico invece che esagonale? Altro fenomeno da chiarire.
Come abbiamo visto, il nucleo interno si è formato recentemente, geologicamente parlando, rispetto al pianeta. Quello che ci interessa particolarmente è che dal nucleo interno dipende il campo magnetico terrestre e da questo la vita sulla Terra come la conosciamo. E se il campo magnetico sparisse per un "po' geologico", come sembra essere già avvenuto? A voi le ipotesi...

Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it) - Pubblicato il 25 aprile 2022