Il raffreddamento interno della Terra “molto più veloce del previsto”

I ricercatori dell’ETH di Zurigo hanno dimostrato in laboratorio quanto bene un metallo comune al confine tra il nucleo terrestre e il mantello conduca il calore. Questo li porta a sospettare che il calore della Terra possa dissiparsi prima di quanto si pensasse.

L’evoluzione del nostro pianeta è una storia di freschezza: 4,5 miliardi di anni fa, sulla superficie della giovane Terra prevalevano temperature estreme, ed era ricoperta da un profondo oceano di magma. Nel corso di milioni di anni, la superficie del pianeta si è raffreddata formando una crosta fragile. Tuttavia, l’enorme energia termica emanata dall’interno della Terra guida processi dinamici, come la convezione del mantello, la tettonica delle placche e il vulcanismo.

Tuttavia, le domande sulla velocità con cui la Terra si raffredderà e su quanto tempo potrebbe essere necessario perché questo raffreddamento continuo fermi i processi termici di cui sopra rimangono senza risposta.

Una possibile risposta potrebbe risiedere nella conduttività termica dei minerali che formano il confine tra il nucleo terrestre e il mantello.

Questo strato limite è rilevante perché è qui che le rocce appiccicose del mantello terrestre sono a diretto contatto con la fusione a caldo di ferro e nichel nel nucleo esterno del pianeta. Il gradiente di temperatura tra i due strati è piuttosto ripido, quindi è probabile che qui fluisca molto calore. Lo strato limite è composto principalmente dal minerale bridgemanite. Tuttavia, i ricercatori hanno difficoltà a stimare la quantità di calore che questo minerale passa dal nucleo terrestre al mantello perché la verifica sperimentale è così difficile.

Ora, il professor Motohiko Murakami dell’ETH e colleghi del Carnegie Institution for Science hanno sviluppato un sofisticato sistema di misurazione che consente loro di misurare la conduttività termica della bridgemanite in laboratorio, nelle condizioni di pressione e temperatura prevalenti all’interno della Terra. Per le misurazioni, hanno utilizzato un sistema di misurazione dell’assorbanza ottica di nuova concezione in un’unità diamantata riscaldata con laser pulsato.

Un dispositivo di misurazione per determinare la conducibilità termica della bridgemanite ad alta pressione e temperatura massima. Credito: da Murakami M, et al, 2021

“Questo sistema di misurazione ci consente di dimostrare che la conduttività termica della bridgemanite è circa 1,5 volte superiore a quella ipotizzata”, afferma Murakami. Ciò indica che anche il flusso di calore dal nucleo al mantello è maggiore di quanto si pensasse. Il maggiore flusso di calore, a sua volta, aumenta la convezione nel mantello e accelera il raffreddamento della Terra. Ciò potrebbe causare un rallentamento del movimento della tettonica delle placche, che è sostenuto da moti convettivi nel mantello, di quanto i ricercatori si aspettassero sulla base dei precedenti valori di conducibilità termica.

Murakami e colleghi mostrano anche che il rapido raffreddamento del mantello altererà le fasi minerali stabili al confine nucleo-mantello. Quando si raffredda, la bridgemanite si trasforma nel minerale post-perovskite. Ma una volta che la post-perovskite appare al confine tra nucleo e mantello e inizia a dominare, il raffreddamento del mantello potrebbe effettivamente accelerare, stimano i ricercatori, perché questo minerale conduce il calore in modo più efficiente della bridgemanite.

“I nostri risultati possono darci una nuova prospettiva sull’evoluzione delle dinamiche della Terra. Suggeriscono che la Terra, come gli altri pianeti rocciosi Mercurio e MarteSi raffredda e diventa inerte molto più velocemente del previsto”, spiega Murakami.

Tuttavia, non può dire quanto tempo ci vorrebbe, ad esempio, perché le correnti convettive nel mantello si fermino. “Non sappiamo ancora abbastanza su questi tipi di eventi per determinarne i tempi”. Per farlo è innanzitutto necessaria una migliore comprensione di come funziona la convezione nel mantello dello spazio e del tempo. Inoltre, gli scienziati devono chiarire come il decadimento degli elementi radioattivi all’interno della Terra – una delle principali fonti di calore – influisca sulla dinamica del mantello.

Riferimento: “Conduttività termica radiativa di bridgemanite a cristallo singolo al confine tra nucleo e mantello con implicazioni per l’evoluzione termica terrestre” di Motohiko Murakami, Alexander F. Goncharov, Nobuyoshi Miyajima, Daisuke Yamazaki e Nicholas Holtgrove, 8 dicembre 2021, Lettere di scienze della terra e planetarie.
DOI: 10.1016 / j.epsl.2021.117329