L'interno della Terra si raffredda più velocemente del previsto

Lo sviluppo della nostra Terra è la storia del suo raffreddamento: 4,5 miliardi di anni fa, sulla superficie della giovane Terra prevalevano temperature estreme ed era coperta da un profondo oceano di magma. Nel corso di milioni di anni, però, la superficie del pianeta si è raffreddata e si è formata una crosta fragile. Tuttavia, l'enorme energia termica rilasciata dall'interno della Terra ha messo in moto processi dinamici, come la convezione del mantello, la tettonica a placche e il vulcanismo.

Tuttavia, sono ancora aperte le questioni relative alla velocità con cui la Terra si è raffreddata e a quanto tempo potrebbe essere necessario perché i suddetti processi guidati dal calore si arrestino a causa del progressivo raffreddamento.

La conducibilità termica dei minerali che formano il confine tra il nucleo e il mantello della Terra può fornire una risposta.

Questo strato di confine è importante perché è qui che la roccia viscosa del mantello è a diretto contatto con la fusione calda di ferro e nichel del nucleo esterno della Terra. Il gradiente di temperatura tra i due strati è molto elevato, il che significa che qui può fluire molto calore. Lo strato limite è formato principalmente dal minerale bridgmanite. Tuttavia, è difficile per i ricercatori stimare la quantità di calore che questo minerale conduce dal nucleo terrestre al mantello, poiché è molto difficile da verificare sperimentalmente.

Il professor Motohiro Murakami dell'ETH e i colleghi della Carnegie Institution for Science hanno quindi sviluppato un sofisticato sistema di misurazione che permette di misurare in laboratorio la conduttività termica della bridgmanite nelle condizioni di pressione e temperatura che prevalgono all'interno della Terra. Per le misurazioni è stato utilizzato un sistema di misurazione dell'assorbimento ottico recentemente sviluppato in un'unità di diamante riscaldata con un laser a impulsi.

"Con questo sistema di misurazione, siamo riusciti a dimostrare che la conduttività termica della bridgmanite è circa una volta e mezza più alta di quanto ipotizzato", afferma Murakami. Ciò porta alla conclusione che anche il flusso di calore dal nucleo al mantello è più elevato di quanto si pensasse in precedenza. Un flusso di calore più intenso aumenta a sua volta la convezione del mantello e accelera il raffreddamento della Terra. Questo potrebbe portare la tettonica a placche, che è mantenuta dai movimenti di convezione del mantello, a rallentare più velocemente di quanto i ricercatori si aspettassero sulla base dei precedenti valori di conduzione del calore.

Murakami e i suoi colleghi dimostrano inoltre che il rapido raffreddamento del mantello modifica le fasi minerali stabili al confine tra nucleo e mantello. Durante il raffreddamento, la bridgmanite si trasforma nel minerale post-perovskite. Ma non appena la post-perovskite compare al confine nucleo-mantello e inizia a dominare, il raffreddamento del mantello potrebbe accelerare ulteriormente, secondo i ricercatori, poiché questo minerale conduce il calore in modo ancora più efficiente della bridgmanite.

"I nostri risultati potrebbero darci una nuova prospettiva sullo sviluppo della dinamica terrestre. Suggeriscono che la Terra, come gli altri pianeti rocciosi Mercurio e Marte, si sta raffreddando e diventando inattiva molto più velocemente del previsto", spiega Murakami.

Tuttavia, i ricercatori non sono in grado di dire quanto tempo ci vorrà perché le correnti di convezione nel mantello si arrestino, ad esempio. "Allo stato attuale delle conoscenze, non è possibile cronometrare tali eventi". Per farlo, sarebbe prima necessario capire meglio come funziona la convezione del mantello a livello spaziale e temporale. Gli scienziati devono anche chiarire come il decadimento degli elementi radioattivi nell'interno della Terra, una delle più importanti fonti di calore, influenzi la dinamica del mantello.