L’interno della Terra è diverso da come ci hanno insegnato.

22.05.2019 12:42

Nonostante la nostra tecnologia, la struttura interna del pianeta che abitiamo è a tutti gli effetti qualcosa che sfugge alle nostre possibilità di esplorazione diretta. Le tecnologie di perforazione messe a punto in questi anni per raggiungere profondi giacimenti petroliferi, ci permettono di arrivare a circa 10 chilometri al di sotto della superficie terrestre, e il pozzo più profondo mai raggiunto ci ha portati a poco più di 12 chilometri di profondità: andare oltre richiederebbe uno sforzo tecnologico ed economico che nessuno, al momento, pare voler intraprendere. In più, i pozzi realizzati sul pianeta sono relativamente pochi e hanno permesso di ottenere limitate informazioni dirette sull'interno della Terra.

Un nucleo caldo denso e ferroso, un ampio mantello fluido omogeneo e un’eterogenea crosta dura ma sottile. Questi sono i tre principali strati da cui è composto l’interno del nostro pianeta, o almeno così si pensava fino a poco fa. Poi tutto è stato rimesso in discussione, almeno in parte.

Questo perché, tra i primi di aprile e la metà di maggio (2019), tre differenti studi, pubblicati su diverse riviste scientifiche, ed eseguiti da tre gruppi di ricerca indipendenti gli uno dagli altri, hanno messo in luce tutti i limiti della precedente “conoscenza scientifica”, basata su dati sommari e formulata in modo assolutamente semplicistico.

Le conseguenze di tali nuove evidenze, questa volta più oggettive, oltre a porre in evidenza ancora una volta, come alcuni assunti scientifici che sono spacciati e insegnati per verità assolute siano invece frutto di congetture semplicistiche, dimostrano come il mettere in discussione la scienza ufficiale, non rappresenti un atto sovversivo, ma sia invece un atto necessario per il progresso della scienza stessa.

Vi è solo un modo di far progredire la scienza, dar torto alla scienza già costituita (Gaston Bachelard).

Ma cosa è stato scoperto e cosa comporta tutto questo in ambito scientifico?

Secondo ciò che viene ancora insegnato nelle scuole e nelle università, l’interno della Terra è costituito essenzialmente dai tre strati sopra citati, un nucleo denso e ferroso, un mantello di rocce fuse e fluide e da una crosta sottile ma solida. L’interazione tra il nucleo di ferro fuso e denso e il mantello che gli scorrerebbe sopra in modo molto più fluido, darebbe origine a quella che è chiamata in ambito geologico, “geodinamo terrestre”. Si tratta sostanzialmente del meccanismo in grado di generare il campo magnetico terrestre. Il campo magnetico terrestre funge da “scudo” per proteggerci dai venti solari, che altrimenti avrebbero reso impossibile la vita sulla Terra. Il campo magnetico terrestre è ritenuto dunque la condizione essenziale per la vita sulla Terra (anche se ciò, dati alla mano, non è necessariamente vero, come ho già posto in evidenza nel mio ultimo libro).

Sulla base delle precedenti conoscenze (che oggi possiamo certamente definire sommarie) erano stati elaborati dei modelli per spiegare il bilanciamento delle forze che genererebbero il campo magnetico.

Per fare questo si era partiti da un solo dato certo, cioè che il campo magnetico esisteva e poteva essere misurato oggettivamente. Per spiegare in modo semplice, si aveva quindi il solo risultato dell’equazione, e sebbene si conoscessero (o almeno si pensava di conoscere) il numero dei termini che dovevano generare quel risultato, non se ne conosceva il reale “valore”, cioè il peso che ciascuno di essi poteva avere all’interno dell’equazione. Sulla base dunque, di sommarie informazioni, si erano attribuite in modo ponderato ma pur sempre “arbitrariamente”, dei valori alle forze in questione, per ottenere dei modelli che potessero determinare quel risultato.

Per capirci ancora meglio facciamo un esempio. Supponiamo che il risultato della nostra equazione sia 4. Supponiamo che questo sia il “valore” del campo magnetico terrestre. Siamo certi che sia questo perché lo abbiamo misurato. Riteniamo di sapere che siano solo tre i fattori (nucleo, mantello e crosta) che contribuiscono a determinare questo risultato ma abbiamo solo poche informazioni sulle caratteristiche di ciascuno di essi. Sulla base di queste informazioni decidiamo quindi di attribuire a questi fattori dei valori che riteniamo congrui, ad esempio attribuiamo al nucleo il valore 3, al mantello il valore 1 e alla crosta terrestre il valore 0 (questo perché secondo la teoria tradizionale, la crosta terrestre non contribuisce a generare il campo magnetico). Sulla base di questi valori (alcuni dei quali attribuiti in modo presunto e arbitrario), sviluppando l’equazione si era ottenuto il risultato di 4, che era il risultato che volevamo ottenere. Non si può certo dire che l’equazione così ricostruita rappresenti con esattezza la realtà, ma si può certamente affermare che potrebbe rappresentare una possibilità, una probabilità ma non una certezza, non una verità.

Tuttavia fino ad oggi, la spiegazione sulla composizione interna del nostro pianeta e dell’origine del campo magnetico terrestre, è stata (ed è ancora insegnata) in questo modo, cioè come se fosse una realtà oggettiva e non una teoria molto aleatoria e ancora tutta da dimostrare.

Con la pubblicazione di questi tre nuovi studi, oggi finalmente sappiamo che gran parte di tutto quello che ci è stato insegnato andrebbe cestinato.

Infatti, non solo è stata fatta nuova luce sulla non omogenea composizione del nucleo e del mantello, ma la nuova consapevolezza dell’eterogeneità di ciascuno di questi strati, mette necessariamente in discussione la teoria stessa della generazione del campo magnetico terrestre. L’attribuzione delle forze nell’equazione che porta alla spiegazione del “valore” del campo magnetico terrestre è completamente da riformulare.

Che cosa è stato scoperto e cosa dicono questi tre studi? Andiamo con ordine.

Il primo dei tre studi a essere recentemente pubblicati sulla questione, è stato quello pubblicato nel mese di aprile 2019 sulla rivista Nature Geoscience coordinato dall’Università di Lisbona e che vede tra i suoi autori, anche l’italiano Manuele Faccenda dell’Università di Padova.

Utilizzando la tomografia sismica (cioè lo studio della velocità di propagazione delle onde sismiche nel sottosuolo), una sorta di Tac medica che fornisce una “visione” della struttura interna della Terra, i ricercatori hanno analizzato in modo approfondito il mantello terrestre, nei pressi dei fondali dell’oceano Pacifico, nelle vicinanze “dell’anello di fuoco”.

Dai dati è emerso chiaramente che il mantello terrestre è diverso dal previsto. Nei suoi strati più profondi non è un fluido, come si pensava, ma un solido duttile che si deforma molto lentamente, come il ferro quando viene forgiato dal fabbro. Finora si era sempre pensato che in questa parte del mantello terrestre, detta inferiore, la roccia non fluisse quasi per niente, a differenza di quanto avviene nella zona superiore.

Lo sprofondamento dei fondali terrestri e l'aumento del fluire nel mantello terrestre è dovuto probabilmente, al movimento dei cristalli di roccia che si formano nelle profondità terrestri, che cambiano orientamento tutti insieme nella stessa direzione. Questa lenta ma continua deformazione del mantello terrestre inferiore è trasmessa in superficie alle placche tettoniche più rigide, che muovendosi causano i terremoti. "Con questo nuovo approccio – ha dichiarato Manuele Faccenda all’Agenzia Ansa - potremo capire come il nostro pianeta sia arrivato ad avere la configurazione attuale".

Sebbene gli studiosi non ne abbiano fatto esplicita menzione, la scoperta è importantissima perché evidenzia un sostanziale errore in quella che era ritenuta una conoscenza scientifica oggettiva in merito alla composizione del pianeta e a tutto ciò che da essa deriva.

Lo studio infatti, ha stravolto un primo parametro della nostra equazione. Il mantello terrestre non è fluido e omogeneo, ma assolutamente eterogeneo e addirittura “solido” negli strati più profondi, quelli cioè che dovrebbero essere a contatto con il nucleo e dalla cui interazione si ritiene si generi il campo magnetico.

Il secondo studio è stato pubblicato nel mese di Maggio (2019) su National Academy of Sciences da un team dell’Università di Yale. Lo studio sembra aver individuato un fattore chiave per spiegare il flusso del campo magnetico terrestre: l’immiscibilità, che in chimica indica il comportamento particolare di due liquidi che non tendono a formare una miscela omogenea.

Tanto per fare un esempio, il fenomeno è osservabile nella vita di tutti i giorni, ad esempio quando condiamo un’insalata, quando l’olio e l’aceto non si uniscono ma tendono a separarsi, così come accade anche quando versiamo dell’olio in un bicchiere già pieno di acqua.

Gli scienziati di Yale hanno osservato lo stesso fenomeno all’interno della Terra. La fusione a temperature simili a quelle presenti nel nucleo terrestre di leghe di ferro, contenenti silicio e ossigeno, formerebbe due dunque liquidi distinti.

Gli esperimenti condotti fino ad oggi hanno riguardato fusioni di leghe metalliche effettuate o a pressione atmosferica o simulando la pressione presente nel mantello superiore della Terra, situato tra la crosta terrestre e il suo nucleo. Ciò conferma dunque eterogeneità del mantello già posta in evidenza dai rilevamenti dello studio precedente. Ma non è tutto! Infatti, gli scienziati hanno individuato lo stesso fenomeno d’immiscibilità non solo nel mantello, ma anche nel nucleo della Terra.

Come detto, ancora più in profondità, a circa 2.900 chilometri sotto la superficie, appena sotto il mantello c’è il nucleo esterno – uno strato di ferro fuso con uno spessore stimato di 2.000 chilometri, che costituisce, assieme al mantello inferiore, la fonte del campo magnetico terrestre.

Sebbene questo liquido bollente renda il nucleo esterno ben “miscelato”, è emersa la presenza di uno strato liquido distinto nella parte superiore. Le onde sismiche che si muovono attraverso il nucleo esterno viaggiano più lentamente in questo strato superiore di quanto non facciano nel resto del nucleo. 

Il fenomeno era già noto e, per spiegare questa maggiore lentezza, erano state formulate diverse teorie, ma senza alcuna dimostrazione sperimentale o teorica.

Combinando esperimenti in laboratorio con simulazioni al computer, il team di ricercatori ha riprodotto le condizioni del nucleo della Terra.

I risultati mostrano due distinti strati liquidi fusi: un primo composto di ferro e silicio, povero di ossigeno e un secondo liquido ferroso composto da silicio e ossigeno. Poiché quest’ultimo è meno denso, tende a salire verso l’alto formando uno strato di liquido ricco di ossigeno.

I risultati, aggiungono un tassello in più nella nostra comprensione dell’evoluzione della Terra e gettano una nuova luce sui cambiamenti del campo magnetico terrestre nel corso del tempo.

Questo secondo studio quindi, ci ha confermato che il mantello è composto di almeno due strati tra loro assai diversi, uno più fluido e l’altro più solido, conclusione a cui era giunto il precedente studio, ma poi ci ha detto anche che il medesimo fenomeno è osservabile nel nucleo.

Ciò significa che se prima per ricostruire l’equazione che porta come risultato la creazione del campo magnetico terrestre, si era tenuto in considerazione la presenza di tre distinti strati eterogenei tra loro in termini di composizione e densità, ma ciascuno di essi assolutamente omogeneo al proprio interno, oggi sappiamo che i fattori da tener presente sono almeno 5 (nucleo interno ed esterno, mantello superiore e inferiore e crosta terrestre).

L’ultimo studio pubblicato in ordine di tempo ha aggiunto un’altra variabile. Apparso sul numero di Maggio 2019, sulla rivista Nature Geoscience, lo studio compiuto dal gruppo dell'università dello Utah guidato da Sarah Lambart, ha affermato senza mezzi termini che il mantello terrestre non è “uniforme” come appare nei libri di scuola o nei modelli scientifici, ma è molto più eterogeneo e la sua composizione è così variegata da ricordare i quadri di Jackson Pollock, con macchie ben delineate di colori decisi che non si mescolano tra loro.

La mappa di minerali accumulati nel mantello terrestre (fonte: Sarah Lambart/University of Utah)

Analizzando la lava che sgorga dalle dorsali oceaniche che si trovano nel mezzo del fondo oceanico e generano nuova crosta oceanica, i ricercatori hanno voluto capire come appare il mantello prima di risalire in superficie come lava. Per farlo hanno studiato i minerali che si accumulano e si cristallizzano per primi quando il magma entra nella crosta terrestre. Hanno così analizzato i campioni centimetro per centimetro, per individuare le variazioni negli isotopi di stronzio e neodimio, che indicano la diversa composizione chimica del materiale del mantello che viene dai distinti tipi di roccia. 

La prima a sciogliersi, come la crosta più antica, può creare dei canali che possono trasportare il magma fino alla superficie. La fusione di un altro tipo di roccia può fare lo stesso. Il risultato finale è una rete di canali che convergono verso le dorsali oceaniche ma non si mescolano, come le strisce di colore dei quadri di Pollock.

Il nuovo studio quindi, ci dice che non è possibile considerare la Terra come fosse composta da strati omogenei al loro interno, come se fossero gli strati di una cipolla. Al contrario, ciascuno strato è eterogeneo al suo interno e può presentare alla medesima profondità, situazioni diametralmente opposte, cioè strati fluidi o strati addirittura solidi, a seconda della composizione chimica dei minerali presenti in quel punto del pianeta.

Oltre quindi ad affermare che ciò che ci è stato insegnato in merito alla struttura interna del nostro pianeta è sbagliato, l’autrice dello studio ammette candidamente che “Serve un nuovo modello geodinamico della Terra per spiegare coerentemente ciò che abbiamo scoperto nelle rocce", come a dire che ciò che pensavamo di aver capito dell’origine forza che ci consente di essere qui (cioè il campo magnetico terrestre) è sbagliato.

Se per “l’uomo della strada” questa conclusione può sembrare poco rilevante, ma dal punto di vista scientifico questa nuova consapevolezza ha una portata molto ampia. Infatti, non solo impone ai geologi e ai geofisici di rivedere obbligatoriamente tutta quanta la teoria sulla composizione, la formazione e la storia geologica del nostro pianeta ma, da questo radicale cambiamento, sono investiti anche altri settori scientifici quali quelli della biologia, dell’astrofisica e dell’astrobiologia.

La biologia è coinvolta poiché i nuovi modelli che dovranno essere sviluppati sulla generazione del campo magnetico terrestre potrebbero “ridatare” la sua comparsa, e quindi influire sulle datazioni della comparsa della vita sulla Terra, le condizioni che si ritiene fossero presenti prima e dopo la comparsa del campo magnetico. Ciò potrebbe far rivedere alcuni aspetti della teoria dell’evoluzione.

L’astrofisica è chiama in causa perché, in assenza di specifiche conoscenze sugli oggetti celesti studiati, spesso il “modello terrestre” viene utilizzato per effettuare possibili ricostruzioni della vita di altri pianeti, come accade spesso nel caso di Marte e degli altri corpi celesti rocciosi del nostro sistema solare. Se oggi sappiamo che il nostro pianeta, la Terra, non è composto semplicisticamente da soli tre strati distinti ma omogenei, che interagiscono tra loro determinando campo magnetico e attività tettonica, dobbiamo necessariamente riformulare quanto è stato ipotizzato riguardo composizione, attività e origine anche degli altri pianeti, sia quelli del nostro sistema solare, sia quelli di altri sistemi.

Infine, l’astrobiologia è chiamata in causa poiché “dall’attività vitale di un pianeta” e dalla sua composizione interna, dipendono molte delle condizioni che riteniamo possano essere necessarie o sufficienti per ospitare forme di vita. Insomma, la nuova consapevolezza che l’interno del nostro pianeta è molto più complesso di quanto finora ritenuto, potrebbe restringere, ma molto più probabilmente ampliare, le possibilità che lassù, da qualche parte nel nostro sistema solare o nell’universo, la vita sia molto più diffusa di quanto immaginiamo.

Sebbene possa essere difficile da comprendere, la maggiore conoscenza sulla struttura e sulle dinamiche che riguardano il nostro pianeta, può comportare un sostanziale cambiamento riguardo la nostra visione dell’universo e del nostro posto in essa.

Stefano Nasetti

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