Le misurazioni della velocità del suono fanno luce sull'interno della Terra

I ricercatori hanno misurato la velocità del suono nel ferro puro sotto pressioni simili a quelle che esistono al confine del nucleo interno della Terra. Il risultato suggerisce che questa regione del nucleo potrebbe essere arricchita in silicio e zolfo.

"Può essere sorprendente, ma non abbiamo molte informazioni sul centro del pianeta in cui viviamo", afferma Alfredo Barone della Centro RIKEN SPring-8 in Giappone. “Si può scavare per qualche chilometro, e i vulcani e la tettonica a placche possono far emergere materiale da profondità di poche centinaia di km, ma ciò che si trova sotto, fino al centro della Terra a circa 6000 km sotto i nostri piedi, non è ben compreso. "

La nostra immagine attuale dell'interno della Terra suggerisce che il nucleo esterno del pianeta (situato a circa 3000 km più in basso) sia costituito principalmente da ferro liquido, con un nucleo interno di ferro solido al di sotto. Queste informazioni sono ottenute tracciando le onde sismiche dei terremoti mentre si propagano attraverso il pianeta, fornendo dati sulla densità e sulla velocità del suono, e in particolare sulle velocità delle onde di compressione e di taglio (v_p ed v_s rispettivamente). Tuttavia, i valori così misurati non concordano esattamente con quanto previsto per il ferro puro secondo il Preliminary Reference Earth model (PREM), spiega Baron. Quindi, ci deve essere qualcos'altro - possibilmente qualcosa di meno denso - presente nel nucleo.

"Che cosa sia quel materiale e quanto possa essercene, sono aree di indagine attive in quanto hanno implicazioni per la comprensione delle proprietà attuali della Terra e dell'evoluzione del sistema solare nel suo insieme", afferma.

Versione migliorata di una cella a incudine diamantata

Un mezzo alternativo per esplorare il comportamento dei materiali ad alte pressioni consiste nell'utilizzare una cella a incudine diamantata (DAC). Tuttavia, anche con questo strumento, ci vuole una notevole abilità per raggiungere pressioni paragonabili a quelle del nucleo terrestre.

I sensori diamantati sondano la materia ad alte pressioni

Nell'ultimo lavoro, capi progetto Daijo Ikuta, Eiji Ohtani e Alfred Baron hanno utilizzato una versione migliorata di un DAC noto come incudine a gradino, combinata con la diffusione anelastica dei raggi X e le misurazioni della diffrazione dei raggi X. La tecnica di diffusione dei raggi X consente ai ricercatori di osservare i movimenti atomici nei materiali utilizzando i raggi X ed è l'unico metodo per misurare la velocità del suono nei metalli direttamente sotto compressione statica estrema in un DAC. I ricercatori hanno effettuato queste misurazioni presso la struttura RIKEN per la diffusione anelastica dei raggi X, il Quantum NanoDynamics Beamline a Spring-8 nella prefettura di Hyogo.

Queste misurazioni hanno rivelato che a una pressione di 310-327 GPa, la più alta pressione statica mai raggiunta negli studi che utilizzano la diffusione anelastica dei raggi X e on-site Tecniche di diffrazione dei raggi X: la densità del ferro esagonale chiuso è di 13.87 g / cm³. I ricercatori lo hanno anche scoperto v_p ed v_s del nucleo interno sono circa il 4% e il 36% più lenti, rispettivamente, rispetto alle corrispondenti velocità del ferro puro alle pressioni del nucleo interno. “Questi valori di densità e velocità del suono possono essere spiegati con l'aggiunta di circa il 3% di silicio e il 3% di zolfo (in peso) al ferro nel nucleo interno, come può verificarsi per un arricchimento selettivo di materiale dovuto alla crescita del nucleo interno dal nucleo esterno”, dice Baron Mondo della fisica.

I risultati sono dettagliati in Nature Communications.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/sound-speed-measurements-shed-light-on-earths-interior/