Core Scoperte: Esperimenti Estremi Sbloccano i Segreti Interni della Terra
Ricercatori presso RIKEN hanno misurato la velocità del suono del ferro puro a pressioni estreme, offrendo nuovo spunto sulla composizione del nucleo terrestre e consentendo migliorate misurazioni per altri materiali.
Gli scienziati hanno definito con maggior precisione la composizione del nucleo terrestre effettuando misurazioni della velocità del suono a una pressione doppia rispetto alle precedenti.
Approfittando di un programma avviato 15 anni fa da Alfred Q. R. Baron nel Laboratorio di Dinamica dei Materiali di RIKEN, i ricercatori sono riusciti a misurare la velocità del suono del ferro puro a pressioni statiche corrispondenti a quelle del nucleo interno della Terra. Ciò è stato reso possibile presso la Quantum NanoDynamics Beamline del RIKEN SPring-8 Center, combinando il suo spettrometro leader mondiale con nuovi sviluppi in ottica ai raggi X e un nuovo tipo di cella ad alta pressione, il team è riuscito a effettuare misurazioni in condizioni stabili a pressioni circa doppie rispetto al loro precedente record, e più di tre volte superiori rispetto ad ogni altra struttura al mondo (Figura 1).
Figura 1: Lo spettrometro ad alta risoluzione presso la Quantum NanoDynamics Beamline (BL43LXU) del RIKEN SPring-8 Center. Le foto mostrano il braccio principale dello spettrometro, le posizioni del campione e due scienziati per scala. Crediti: © 2023 RIKEN SPring-8 Center
Il lavoro è interessante perché consente di mettere i limiti sulla composizione del nucleo terrestre. "In realtà abbiamo sorprendentemente poche informazioni sul centro del pianeta su cui viviamo" dice Baron. "Altri lavori che monitorano la progressione delle onde sismologiche degli terremoti attraverso il pianeta ci danno un modello per la densità e la velocità del suono come funzione della profondità, ma questo è tutto: la composizione dettagliata resta sconosciuta ed è oggetto di discussione poiché la composizione è importante sia per comprendere la struttura attuale del pianeta sia per l'evoluzione del pianeta e persino del Sistema Solare."
La più recente misurazione, pubblicata in Nature Communications, è stata una collaborazione tra il Gruppo di Dinamica dei Materiali di Baron presso il RIKEN SPring-8 Center, Eiji Ohtani e Daijo Ikuta dell'Università di Tohoku e i ricercatori dell'Università di Ehime e dell'Istituto Giapponese di Ricerca sulla Radiazione di Sincrotrone (SPring-8/JASRI). La squadra ha misurato la velocità del suono del ferro puro come funzione della pressione fino a densità superiori a quelle del nucleo interno della Terra, dove la pressione supera i 300 gigapascal, convalidando una relazione lineare nota come legge di Birch.
Utilizzando i nuovi risultati, propongono un modello in cui, oltre al ferro e al nichel, il nucleo della Terra ha piccole quantità di silicio e zolfo.
"Inoltre, e forse il più importante, il metodo può essere esteso ad altri materiali consentendo un nuovo livello di precisione per le misurazioni della velocità del suono dei materiali a pressioni estreme", afferma Baron.
