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Il nucleo interno di ferro solido della Terra cresce più velocemente dell’altro lato

Un nuovo studio mostra che il nucleo interno di ferro solido della Terra è cresciuto più velocemente dell’altro lato per oltre 500 milioni di anni.

Sta crescendo più velocemente sotto il Mare di Banda in Indonesia che in Brasile, affermano i sismologi dell’Università della California, Berkeley, che hanno studiato il fenomeno, ma questo modello di crescita irregolare non ha lasciato sbilanciato il nucleo.

La gravità ha distribuito uniformemente la nuova crescita, costituita da cristalli di ferro che si formano quando il ferro fuso inizia a raffreddarsi, mantenendo un nucleo interno sferico.

Il team ha affermato che sebbene non lasci il nucleo sbilanciato, il tasso di crescita irregolare suggerisce che qualcosa nel nucleo esterno sotto l’Indonesia sta rimuovendo il calore dal nucleo interno a un ritmo più veloce di quanto non lo sia sotto il Brasile dall’altra parte del pianeta . .

I ricercatori affermano che la scoperta li ha aiutati a “stabilire un confine abbastanza labile” per l’età del nucleo interno, compresa tra mezzo miliardo e 1,5 miliardi di anni.

Un taglio dal sottosuolo mostra che il nucleo interno solido e solido (rosso) cresce lentamente congelando il nucleo esterno di ferro liquido (arancione). Le onde sismiche viaggiano più velocemente attraverso il nucleo interno della Terra tra i poli nord e sud (frecce blu) che attraverso l’equatore (freccia verde)

Quattro strati del pianeta Terra

Conchiglia: Ad una profondità di 70 km, questo è lo strato più esterno della Terra, che copre gli oceani e le aree terrestri.

mantello: Fino a 2.890 km con il mantello inferiore, questo è lo strato più spesso del pianeta ed è costituito da rocce silicatiche più ricche di ferro e magnesio rispetto alla crosta superiore.

nucleo esterno: Questa zona si estende da 2890 a 5150 km di profondità ed è costituita da ferro liquido e nichel con elementi più leggeri.

Il nucleo interno: Quando si scende a una profondità di 6.370 km al centro del pianeta, si crede che questa regione sia fatta di ferro e acciaio al nichel.

Questi limiti all’età del nucleo duro della Terra potrebbero aiutare gli scienziati a saperne di più sul campo magnetico, che ci protegge dalle radiazioni solari dannose.

“Può aiutare il dibattito su come è stato creato il campo magnetico prima che fosse presente il nucleo solido interno”, ha affermato la coautrice dello studio Barbara Romanovich.

“Sappiamo che il campo magnetico esisteva già circa 3 miliardi di anni fa, quindi altri processi devono aver guidato la convezione nel nucleo esterno in quel momento”.

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La giovane età del nucleo interno, all’inizio della storia della Terra, può significare che il calore bollente del nucleo liquido proveniva da elementi leggeri che si dissociavano dal ferro, non dalla cristallizzazione del ferro, che vediamo oggi.

“La controversia sull’età del nucleo interno è in corso da molto tempo”, ha affermato Daniel Frost, assistente scienziato del progetto.

La complessità è: se il nucleo interno è stato in grado di esistere solo per 1,5 miliardi di anni, in base a ciò che sappiamo su come perde calore e quanto diventa caldo, da dove proviene il campo magnetico più antico?

“Da qui è nata l’idea di elementi leggeri scongelati che poi si congelano”.

Frost spiega che la crescita asimmetrica del nucleo interno, che cresce a velocità diverse su ciascun lato del pianeta, spiega un mistero vecchio di tre decenni.

Il mistero è che il ferro cristallizzato nel nucleo sembra essere più allineato a ovest che a est dell’asse di rotazione terrestre.

Mappa che mostra i sismometri (triangoli) che i ricercatori hanno misurato le onde sismiche dei terremoti (cerchi) per studiare il nucleo interno della Terra

Mappa che mostra i sismometri (triangoli) che i ricercatori hanno misurato le onde sismiche dei terremoti (cerchi) per studiare il nucleo interno della Terra

Il team afferma che gli scienziati si aspettano che i cristalli siano orientati in modo casuale piuttosto che farli favorire un lato del pianeta rispetto all’altro.

Nel tentativo di spiegare le osservazioni, hanno creato un modello al computer della crescita dei cristalli nel nucleo interno.

Il loro modello includeva la crescita geodinamica, il modo in cui i materiali sulla Terra si deformano e si formano e la mineralofisica del ferro ad alta pressione e alta temperatura.

“Il modello più semplice sembra insolito: il nucleo interno è asimmetrico”, ha detto Frost.

Il lato ovest ha un aspetto diverso dal lato est fino al centro, non solo nella parte superiore del nucleo interno, come alcuni hanno suggerito. L’unico modo per spiegarlo è che un lato sta crescendo più velocemente dell’altro.

Il modello descrive come la crescita asimmetrica, circa il 60 percento superiore a est rispetto a ovest, può orientare preferenzialmente i cristalli di ferro lungo l’asse di rotazione, con un allineamento maggiore a ovest che a est.

“Ciò che proponiamo in questo articolo è un modello di non equilibrio di convezione solida nel nucleo interno che riconcilia le osservazioni sismiche con condizioni al contorno geodinamiche plausibili”, ha detto Romanovich.

Il sottosuolo è costituito da strati come una cipolla. Il nucleo interno solido di ferro-nichel ha un raggio di 745 miglia, o circa tre quarti delle dimensioni della Luna ed è circondato da un nucleo esterno liquido di ferro-nichel fuso di circa 1.500 miglia di spessore.

Il nucleo esterno è circondato da una coltre di roccia calda spessa 1.800 miglia e ricoperta da una sottile crosta di roccia fredda in superficie.

La convezione avviene sia nel nucleo esterno, che bolle lentamente quando il calore del ferro cristallizzato fuoriesce dal nucleo interno, sia nel mantello, dove le rocce più calde si muovono verso l’alto per portare questo calore dal centro del pianeta alla superficie.

Un nuovo modello per i sismologi dell'Università della California, Berkeley, suggerisce che il nucleo interno della Terra sta crescendo più velocemente sul suo lato orientale (a sinistra) che a ovest.  La gravità neutralizza la crescita asimmetrica spingendo i cristalli di ferro verso i poli nord e sud (frecce)

Un nuovo modello per i sismologi dell’Università della California, Berkeley, suggerisce che il nucleo interno della Terra sta crescendo più velocemente sul suo lato orientale (a sinistra) che a ovest. La gravità neutralizza la crescita asimmetrica spingendo i cristalli di ferro verso i poli nord e sud (frecce)

Cos’è il campo magnetico terrestre e come ci protegge?

Il campo magnetico terrestre è uno strato di carica elettrica che circonda il nostro pianeta.

Il campo protegge la vita sul nostro pianeta perché devia le particelle cariche sparate dal sole conosciute come “vento solare”.

Senza questo strato protettivo, queste particelle potrebbero rimuovere lo strato di ozono, che è la nostra unica linea di difesa contro i dannosi raggi UV.

Gli scienziati ritengono che il nucleo della Terra sia responsabile della formazione del suo campo magnetico.

Quando il ferro fuso fuoriesce nel nucleo esterno della Terra, crea correnti di convezione.

Queste correnti generano correnti elettriche che creano il campo magnetico in un processo naturale noto come geodinamo.

Il forte movimento di ebollizione del nucleo esterno produce il campo magnetico terrestre.

Secondo il modello al computer di Frost, man mano che i cristalli di ferro crescono, la gravità ridistribuisce la crescita eccessiva est-ovest all’interno del nucleo interno.

Hanno scoperto che il movimento dei cristalli nel nucleo interno, vicino al punto di fusione del ferro, allinea il reticolo cristallino con l’asse di rotazione della Terra, più a ovest che a est.

Il modello prevede correttamente le nuove osservazioni dei ricercatori sui tempi delle onde sismiche che viaggiano attraverso il nucleo interno.

L’anisotropia, o differenza nei tempi di percorrenza paralleli e perpendicolari all’asse di rotazione, aumenta con la profondità.

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Il contrasto più forte corrisponde alla direzione verso ovest dell’asse di rotazione terrestre di circa 250 miglia.

Il modello di crescita del nucleo interno fornisce anche limiti per il rapporto nichel-ferro al centro della Terra, ha detto Frost.

Il suo modello non riproduce accuratamente le osservazioni sismiche a meno che il nichel non costituisca tra il quattro e l’otto percento del nucleo interno.

Questo è vicino alla percentuale di meteoriti metallici che un tempo erano il nucleo dei pianeti nani nel nostro sistema solare.

Il modello dice anche ai geologi quanto è viscoso il nucleo interno o il fluido.

“Suggeriamo che la viscosità del nucleo interno è relativamente grande”, ha detto Romanovich.

Questo è un “parametro di input di interesse per i geodinamici che studiano i processi della dinamo nel nucleo esterno”.

I risultati saranno presentati sulla rivista Nature Geoscience.

Il nucleo di ferro liquido della Terra crea un campo magnetico

Si ritiene che il campo magnetico del nostro pianeta sia generato nelle profondità del nucleo terrestre.

Nessuno ha mai fatto un viaggio al centro della Terra, ma studiando le onde d’urto dei terremoti, i fisici sono riusciti a determinarne la possibile struttura.

Nel cuore della Terra c’è un nucleo interno solido, due terzi delle dimensioni della Luna, fatto principalmente di ferro.

A 5700°C, questo ferro è caldo come la superficie del Sole, ma la pressione schiacciante della gravità impedisce che diventi liquido.

Questo nucleo esterno è circondato da uno spesso strato di ferro, nichel e piccole quantità di altri metalli di 1.242 miglia (2.000 km).

Il metallo qui è liquido, a causa della pressione inferiore al nucleo interno.

Le differenze di temperatura, pressione e composizione nel nucleo esterno determinano correnti di convezione nel metallo fuso mentre il materiale denso e freddo scende e il materiale caldo sale.

La forza di Coriolis causata dalla rotazione della Terra provoca anche vortici di vortici.

Questo flusso di ferro liquido genera correnti elettriche, che a loro volta creano campi magnetici.

I metalli carichi che passano attraverso questi campi continuano a formare le proprie correnti elettriche, e quindi il ciclo continua.

Questo circuito autosufficiente è noto come geodinamo.

La spirale verso l’alto causata dalla forza di Coriolis significa che i campi magnetici separati si allineano più o meno nella stessa direzione e il loro effetto combinato produce un unico ampio campo magnetico che avvolge il pianeta.