Simulazione al computer delle linee di forza del campo magnetico all'interno del nucleo terrestre (Immagine: Wikimedia Commons).
Il paradosso della geodinamo
Fino ad oggi, si è sempre pensato che le forze in gioco per mantenere il campo magnetico del pianeta Terra fossero tre: i moti convettivi innescati dalla solidificazione del colore interno e dalla espulsione di elementi più leggeri, i moti convettivi termici dovuti al lento raffreddamento del nucleo e, infine, il calore generato dal decadimento di isotopi radioattivi. Le cose però complicano quando si risale alle epoche in cui il nostro pianeta si era appena formato: a quel tempo è improbabile che i moti convettivi termici e il decadimento radioattivo possano aver generato e sostenuto il campo magentico terrestre. Da dove ha quindi avuto origine la geodinamo? Gli esperimenti più recenti dimostrano che la conduttività termica del ferro è 2-3 volte superiore di quanto i vecchi modelli lasciassero intuire. In altre parole, l'interno della Terra perderebbe calore molto più velocemente di quanto stimato in origine; tuttavia, quanto più veloce è il raffreddamento, tanto minore saràla quantità di calore disponibile per rimescolare il liquido del nucleo esterno della Terra. Questo costituisce un problema non da poco: un simile valore implica che il nucleo interno del nostro pianeta è molto giovane, con un’età stimata di “appena” un miliardo di anni. Un dato in netto contrasto con le analisi di paleomagnetismo, che dimostrano invece come il campo magnetico terrestre abbia iniziato a manifestarsi già 3,4 miliardi di anni fa, ovvero poco dopo la sua stessa formazione. Da qui il paradosso e la domanda ancora senza risposta: se non il ferro, allora quali elementi hanno contribuito ad innescare il campo magnetico nella giovanissima Terra?L’insospettabile ruolo del magnesio
Per cercare di dare una spiegazione, i ricercatori del California Institute of Technology hanno studiato la cristallizzazione dell’ossido di magnesio, un processo che avrebbe consentito di generare il campo magnetico terrestre. Il magnesio non è stato fino ad oggi annoverato tra i principali costituenti del nucleo terrestre; tuttavia, la sua presenza potrebbe essere stata cruciale per favorire la formazione di cristalli di ossido di magnesio. Questi cristalli, precipitando all’interno del nucleo a causa della differenza di densità, avrebbero contribuito a innescare la dinamo terrestre. Per testare queste ipotesi, è stata impiegata una cella a incudini di diamante, un dispositivo che permette di studiare particolari reazioni chimiche in condizioni di pressione e temperature elevatissime (fino a 4000 °C), che si avvicinano a quelle presenti all’interno del nostro pianeta. In queste condizioni, il magnesio avrebbe reagito con l’ossigeno presente per formare ossido di magnesio, i cui cristalli avrebbero iniziato a precipitare. Il materiale sciolto rimanente avrebbe invece continuato a galleggiare e a rimescolarsi, innescando così i moti necessari a innescare e sostenere la geodinamo. Questo studio dimostra dunque che la presenza di magnesio nella miscela permette la formazione cristalli di ossido di magnesio. Precipitando, questi cristalli avrebbero prodotto una forza gravitazionale sufficiente a innescare il primo campo magnetico della storia della Terra, anche in condizioni in cui il decadimento radioattivo e il raffreddamento del core terrestre erano minimi. Immagine banner: Wikimedia Commons Immagine box: Wikimedia Commons