Simulazioni Cinesi Suggeriscono Stato Superionico per il Nucleo Interno Terrestre

Nuove ipotesi scientifiche basate su simulazioni al computer avanzate indicano che il nucleo interno del nostro pianeta potrebbe esistere in uno stato della materia definito superionico, una condizione estrema caratterizzata da temperature e pressioni inimmaginabili. Questa fase esotica presenta analogie strutturali con il ghiaccio superionico ipotizzato all'interno dei giganti gassosi come Urano e Nettuno, dove atomi leggeri si muovono liberamente all'interno di un reticolo solido.

Il nucleo interno terrestre è una sfera di ferro con un raggio approssimativo di 2.500 chilometri, arricchita da nichel e da elementi leggeri quali ossigeno, zolfo o carbonio, elementi cruciali per la comprensione della sua fisica interna. Poiché le indagini dirette a queste profondità, oltre i 5.000 chilometri dalla superficie, rimangono precluse dalla tecnologia attuale, le simulazioni computazionali rappresentano lo strumento primario di indagine geofisica. Un team di ricercatori presso l'Accademia Cinese delle Scienze (CAS) ha impiegato sofisticate modellizzazioni basate sui principi della meccanica quantistica per analizzare le condizioni al centro della Terra.

Le loro simulazioni hanno suggerito che le leghe di ferro, mescolate con elementi leggeri come idrogeno, ossigeno e carbonio, subiscono una transizione verso lo stato superionico sotto le condizioni pressorie e termiche del nucleo interno. In questa configurazione, gli elementi leggeri si comporterebbero come un fluido, migrando con libertà all'interno di una struttura reticolare di ferro che mantiene una disposizione cristallina ordinata, sebbene in uno stato solido. Questo modello teorico trova supporto in precedenti studi che hanno esplorato stati analoghi della materia, come le osservazioni del ghiaccio superionico ottenute comprimendo l'acqua e riscaldandola con laser.

Il geofisico Yu He, a capo del gruppo di ricerca presso la CAS, ha qualificato questa scoperta simulata come "abbastanza anomala", evidenziando la novità rispetto ai modelli precedenti. La comunità scientifica ritiene che questa struttura superionica possa fornire una spiegazione coerente per la ridotta velocità delle onde di taglio rilevate sismologicamente, un dato che suggerisce una relativa morbidezza del nucleo interno. Le onde di taglio, o onde S, si propagano solamente attraverso mezzi solidi; la loro velocità nel nucleo interno è di circa 4 km/s, mentre le onde di compressione (onde P) attraversano sia solidi che liquidi. La relativa lentezza di queste onde S è stata oggetto di studio, con alcune ricerche che hanno utilizzato la "somiglianza incrociata" di sismogrammi da terremoti distanti per rilevare le deboli onde J, confermando l'esistenza di una fase solida.

L'adozione di questo modello superionico potrebbe inoltre chiarire le variazioni strutturali che il nucleo interno subisce nel corso del tempo geologico e, aspetto fondamentale, la genesi delle correnti convettive che alimentano il campo magnetico terrestre, un fenomeno essenziale per la vita sul nostro pianeta. Sebbene le simulazioni basate sulla dinamica molecolare ab initio costituiscano attualmente il principale supporto per questa ipotesi, la convalida sperimentale diretta in condizioni così estreme resta irrealizzabile nel breve termine. La ricerca di Zhi Li e Sandro Scandolo dell'ICTP di Trieste, pubblicata su Nature Communications e supportata dal supercalcolatore Leonardo del CINECA, ha recentemente utilizzato metodi di intelligenza artificiale per indagare il ruolo del silicio, indicando che questo elemento stabilizza la lega ferrosa in una struttura cubica, in contrasto con la struttura esagonale del ferro puro in quelle condizioni, una differenza che potrebbe spiegare le osservazioni sismiche di velocità inferiori.