Antichi resti oceanici e collisioni planetarie: gli scienziati gettano nuova luce sul misterioso strato D della Terra

Una nuova ricerca suggerisce che il misterioso strato D al confine tra nucleo e mantello della Terra potrebbe essersi formato dai resti di un impatto massiccio precoce, con il perossido ricco di ferro che gioca un ruolo chiave nelle sue caratteristiche uniche e durature.

Nel profondo della Terra c’è uno strato misterioso chiamato strato D. Questa regione si trova a una profondità di circa 3.000 chilometri e si trova sopra il confine tra il nucleo esterno fuso del pianeta e il suo mantello solido. A differenza di una sfera perfetta, lo strato “D” è sorprendentemente incompleto. Il suo spessore varia notevolmente da un luogo all’altro e in alcune aree manca addirittura uno strato “D”, proprio come i continenti si elevano sopra gli oceani della Terra. Queste interessanti differenze hanno attirato l’attenzione dei geofisici, che hanno descritto lo strato D come un’area eterogenea o non uniforme.

Un nuovo studio condotto dal Dr. Qingyang Hu (Centro di ricerca sulla scienza e la tecnologia avanzata ad alta pressione) e dal Dr. Jie Ding (università di Princeton) indica che lo strato D potrebbe aver avuto origine fin dai primi giorni della Terra. La loro teoria si basa sull’ipotesi dell’impatto gigante, che suggerisce a MarteUn oggetto di grandi dimensioni si è scontrato con la proto-Terra, creando in seguito un oceano di magma su tutto il pianeta. Credono che lo strato D possa essere una composizione unica dei resti di questo enorme impatto, potenzialmente contenente prove della formazione della Terra.

Acqua nell’oceano di magma

Il dottor Jie Ding evidenzia la presenza di una grande quantità di acqua all’interno di questo oceano di magma globale. L’origine esatta di quest’acqua rimane oggetto di dibattito, poiché sono state proposte varie teorie tra cui la sua formazione attraverso le interazioni tra il gas della nebulosa e il magma o il rilascio diretto da parte delle comete. “L’opinione prevalente è che l’acqua si fosse concentrata verso il fondo dell’oceano di magma mentre si raffreddava”, continua il dottor Ding. Nelle fasi finali, il magma più vicino al nucleo potrebbe contenere quantità di acqua simili a quelle presenti negli attuali oceani della Terra.

Le condizioni estreme di pressione e temperatura all’interno dell’oceano di magma inferiore avrebbero creato un ambiente chimico unico, promuovendo interazioni inaspettate tra acqua e minerali. “La nostra ricerca suggerisce che questo oceano di magma acquoso ha contribuito alla formazione di una fase ricca di ferro chiamata perossido di ferro-magnesio”, spiega il dottor Qingyang Hu. Questo perossido, con la formula (Fe, Mg)O2, ha una preferenza più forte per il ferro rispetto ad altri componenti principali previsti nel mantello inferiore. “Secondo i nostri calcoli, il suo legame con il ferro avrebbe potuto portare all’accumulo di perossido di ferro in strati spessi da diversi a decine di chilometri.

Formazione di una struttura eterogenea ai confini del mantello centrale della Terra. Credito: Cina Science Press

La presenza di una fase di perossido ricca di ferro altererebbe la composizione minerale dello strato D, deviando dalla nostra attuale comprensione. Secondo il nuovo modello, i minerali in D sarebbero dominati da un nuovo gruppo: silicati poveri di ferro, perossidi ricchi di ferro (Fe, Mg) e ossidi poveri di ferro (Fe, Mg). Questo perossido dominato dal ferro ha anche basse velocità sismiche e un’elevata conduttività elettrica, il che lo rende un probabile candidato per spiegare le caratteristiche geofisiche uniche dello strato D. Queste caratteristiche includono regioni a velocità estremamente bassa e strati altamente conduttivi, che contribuiscono entrambi alla nota eterogeneità compositiva dello strato D.

“I nostri risultati indicano che il perossido ricco di ferro, formato da acqua antica all’interno dell’oceano di magma, ha svolto un ruolo cruciale nella formazione delle strutture eterogenee dello strato D”, ha detto Qingyang. La forte affinità di questo perossido per il ferro crea un netto contrasto di densità tra queste zone ricche di ferro e il mantello circostante. Essenzialmente, agisce come un isolante, impedendo loro di mescolarsi e spiegando potenzialmente l’eterogeneità a lungo termine osservata alla base del mantello inferiore. “Questo modello concorda bene con i recenti risultati della modellazione numerica, suggerendo che l’eterogeneità del mantello inferiore potrebbe essere una caratteristica a lungo termine”, ha aggiunto Ji.

Riferimento: “Il confine del nucleo-mantello della Terra formato dalla cristallizzazione di un oceano d’acqua dal magma terrestre” di Qingyang Hu, Ji Ding, Yucai Zhuang, Zhenzhong Yang e Rong Huang, 13 maggio 2024, Rassegna scientifica nazionale.
doi: 10.1093/nsr/nwae169