Alcuni decenni fa, i sismologi che analizzavano le profondità del pianeta identificarono uno strato sottile, spesso poco più di poche centinaia di chilometri. L’origine di questo strato, noto come strato primario E, è rimasta un mistero fino ad ora.
Un team internazionale di ricercatori, tra cui gli scienziati dell’Arizona State University Dan Shim, Taehyun Kim e Joseph O’Rourke della School of Earth and Space Exploration, ha rivelato che l’acqua proveniente dalla superficie terrestre può penetrare in profondità nel pianeta, alterando la composizione del pianeta. regione più esterna del nucleo liquido metallico e creando uno strato sottile e distinto. Illustrazione di cristalli di silice che fuoriescono dal metallo liquido del nucleo esterno della Terra a causa di una reazione chimica indotta dall’acqua.
La loro ricerca è stata recentemente pubblicata in Geoscienza della natura.
La ricerca indica che nel corso di miliardi di anni, l’acqua superficiale è stata trasportata in profondità nella Terra dalle placche tettoniche discendenti o subdotte. Una volta raggiunto il confine tra nucleo e mantello, a circa 1.800 miglia sotto la superficie, quest’acqua innesca una profonda interazione chimica, alterando la struttura del nucleo.
Insieme a Yong Jae Lee dell’Università di Yonsei in Corea del Sud, Shim e il suo team hanno dimostrato attraverso esperimenti ad alta pressione che l’acqua in subduzione reagisce chimicamente con i materiali del nucleo. Questa reazione forma uno strato ricco di idrogeno e impoverito di silicio, alterando la regione più esterna del nucleo in una struttura simile a una pellicola. Inoltre, la reazione genera cristalli di silice che salgono e si integrano nel mantello. Si prevede che questo strato metallico liquido modificato sia meno denso, con velocità sismiche ridotte, in linea con le caratteristiche anomale mappate dai sismologi.
Illustrazione dell’interno della Terra che rivela l’acqua in subduzione e un pennacchio di magma in aumento. All’interfaccia dove l’acqua in subduzione incontra il nucleo, avviene uno scambio chimico per formare uno strato ricco di idrogeno nel nucleo esterno più superficiale e una densa silice nella parte inferiore del mantello. Immagine gentilmente concessa dall’Università di Yonsei
“Per anni si è creduto che lo scambio di materiale tra il nucleo terrestre e il mantello fosse piccolo. Tuttavia, i nostri recenti esperimenti ad alta pressione rivelano una storia diversa. Abbiamo scoperto che quando l’acqua raggiunge il confine nucleo-mantello, reagisce con il silicio nel nucleo, formando silice”, ha detto Shim. “Questa scoperta, insieme alla nostra precedente osservazione dei diamanti che si formano dalla reazione dell’acqua con il carbonio nel ferro liquido sotto pressione estrema, indica un’interazione nucleo-mantello molto più dinamica, suggerendo un sostanziale scambio di materiale”.
Questa scoperta fa avanzare la nostra comprensione dei processi interni della Terra, suggerendo un ciclo globale dell’acqua più esteso di quanto precedentemente riconosciuto. La “pellicola” alterata del nucleo ha profonde implicazioni per i cicli geochimici che collegano il ciclo dell’acqua superficiale con il nucleo metallico profondo.
Questo studio è stato condotto da un team internazionale di geoscienziati utilizzando tecniche sperimentali avanzate presso l’Advanced Photon Source dell’Argonne National Lab e PETRA III del Deutsches Elektronen-Synchrotron in Germania per replicare le condizioni estreme al confine tra nucleo e mantello.
I membri del team e i loro ruoli chiave presso l’ASU sono Kim, che ha iniziato questo progetto come studente di dottorato in visita ed è ora ricercatore post-dottorato presso la School of Earth and Space Exploration; Shim, professore alla School of Earth and Space Exploration, che ha guidato il lavoro sperimentale ad alta pressione; e O’Rourke, un assistente professore presso la School of Earth and Space Exploration, che ha eseguito simulazioni computazionali per comprendere la formazione e la persistenza dello strato sottile alterato del nucleo. Lee ha guidato il gruppo di ricerca dell’Università di Yonsei, insieme ai principali ricercatori Vitali Prakapenka e Stella Chariton presso l’Advanced Photon Source e Rachel Husband, Nico Giordano e Hanns-Peter Liermann presso il Deutsches Elektronen-Synchrotron.
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