Senza il campo magnetico terrestre, gli animali migratori perdono la strada e la navigazione per qualsiasi cosa, dalle navi ai boy scout, è resa inutile. Ma nonostante la sua importanza, il processo che alimenta il campo magnetico del pianeta rimane un mistero. Le idee abbondano, ma nessuna di esse può spiegare l'età del campo magnetico terrestre. Ora, un nuovo studio potrebbe avere la chiave di questa incoerenza: umile magnesio.
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Lo sfollamento del nucleo fuso della Terra genera correnti elettriche che producono il campo magnetico del pianeta in un processo chiamato dinamo.
"Se non avessi questi movimenti agitati, il campo magnetico terrestre decadrebbe e morirà tra circa dieci milioni di anni", afferma Joseph O'Rourke, ricercatore post dottorato presso il California Institute of Technology di Pasadena.
Ma quali sono i poteri di questo movimento non è chiaro. La lenta solidificazione del nucleo interno della Terra e il decadimento radioattivo - due delle ipotesi principali - non producono energia sufficiente per alimentare il campo magnetico per tutto il tempo in cui è rimasto.
I registri rock indicano che il campo magnetico terrestre ha almeno 3, 4 miliardi di anni e forse 4, 2 miliardi di anni. Il raffreddamento del nucleo interno fornirebbe solo circa un miliardo di anni di energia per il campo magnetico. E non c'è abbastanza materiale radioattivo nel nucleo della Terra per far funzionare l'ipotesi del decadimento, afferma Francis Nimmo, uno scienziato planetario dell'Università della California, Santa Cruz.
In un nuovo studio, pubblicato nel numero di questa settimana della rivista Nature, O'Rourke e David Stevenson, uno scienziato planetario di Caltech, propongono un nuovo meccanismo chimico per impostare le differenze di galleggiamento all'interno della Terra per guidare la geodynamo.
Utilizzando modelli computerizzati, la coppia ha mostrato che all'indomani di impatti giganteschi che hanno bombardato la Terra, una piccola quantità di magnesio elemento avrebbe potuto dissolversi nel nucleo ricco di ferro.
"La Terra si è formata in una serie di collisioni violente e gigantesche che avrebbero potuto riscaldare il mantello a temperature fino a 7000 Kelvin [12.140 gradi Fahrenheit]", dice O'Rourke. "A quelle temperature, elementi che normalmente [non si mescolano con] il ferro, come il magnesio, andranno nel ferro."
Ma poiché il magnesio è solubile in ferro solo ad alte temperature, man mano che il nucleo terrestre si raffredda, il magnesio precipiterà, o "nevicherà", del nucleo esterno come leghe ricche di magnesio. Quelle leghe vengono trasportate fino al limite del mantello centrale.
"Quando si estrae la lega ricca di magnesio dal nucleo, ciò che rimane è più denso", afferma O'Rourke. Concentrare una massa del genere rilascia energia gravitazionale che potrebbe fungere da fonte di energia alternativa per la dinamo, spiega.
Secondo O'Rourke e Stevenson, il loro meccanismo con precipitato di magnesio avrebbe potuto alimentare la geodynamo per miliardi di anni fino a quando il nucleo interno iniziò a raffreddarsi e solidificarsi, cosa che le stime attuali suggeriscono siano avvenute circa un miliardo di anni fa. A quel punto, i due processi avrebbero potuto iniziare a lavorare in tandem per alimentare il campo magnetico terrestre, dice O'Rourke.
"La precipitazione del magnesio potrebbe guidare la convezione [di ferro] dalla parte superiore del nucleo, mentre il rilascio di elementi luminosi dal nucleo interno [dalla solidificazione] potrebbe guidare la convezione dal basso", dice.
Lo scienziato planetario Nimmo, che non è stato coinvolto nello studio, afferma che gli piace l'ipotesi di precipitazione del magnesio perché fa solo due ipotesi: che la Terra si surriscaldi durante un impatto gigantesco e che durante un impatto gigantesco il nucleo metallico dell'impattatore venga esposto silicare il materiale del mantello.
"Supponiamo che sia difficile discutere con uno, anche se non è chiaro quanto sia caldo", afferma Nimmo. L'ipotesi due è un po 'meno sicura, dice, ma la maggior parte degli scienziati concorda sul fatto che quando i corpi rocciosi si scontrano con la Terra primitiva, alcuni elementi di questi impattatori, come il magnesio, verrebbero trasferiti al mantello. "Una volta che hai fatto quei due presupposti, tutto il resto segue naturalmente."
Ora, dice Nimmo, tutto ciò di cui abbiamo bisogno sono esperimenti per testare le idee di O'Rourke e Stevenson. "Il loro studio si basa principalmente su previsioni computazionali su come il magnesio dovrebbe ripartire in funzione della temperatura", afferma Nimmo.
Alcuni ricercatori stanno già lavorando a quegli esperimenti, quindi potrebbe essere solo una questione di tempo prima che gli scienziati si concentrino su ciò che fa battere il campo magnetico terrestre.
"Il nostro processo potrebbe spiegare non solo come ha funzionato la dinamo in passato", afferma O'Rourke, "ma [come] potrebbe funzionare ancora oggi".
