Viaggio al centro della Terra
Il luogo ove iniziare un viaggio al centro della Terra deve essere scelto con particolare cura. Se si scegliesse di realizzarlo unicamente in mare aperto per attraversare la crosta degli oceani, ad esempio, non si avrebbe alcuna indicazione su come è composta la crosta dei continenti e viceversa, le quali sono profondamente diverse. E allora, per un viaggio di tal genere, è necessario creare due equipe di lavoro: una marina e una terrestre. Poi quando entrambi gli equipaggi avranno superato la crosta uno dei due potrà essere fatto rientrare, perché da lì in poi le caratteristiche dell’interno del pianeta diventano abbastanza omogenee.
Il primo equipaggio parte dal cuore del continente africano, scelto solo perché è una delle aree più stabili delle Terra e al contempo anche tra le più vecchie del pianeta. Dopo un sottile strato di rocce sedimentarie, spesso poche decine di metri, si incontra uno strato di rocce chiamato generalmente “strato del granito”, perché composto da rocce a composizione magmatica di sotto del quale vi sono rocce metamorfiche, ossia rocce che hanno subito profonde alterazioni in seguito alle pressioni e alle temperature elevate cui sono state sottoposte. La separazione tra i due “strati” si incontra tra i 10 e i 25 km, un dato che è ancora in discussione tra i geofisici in quanto sembra aversi a quote differenti in punti diversi della Terra senza un’apparente spiegazione, mentre si entra in un mondo del tutto diverso ad una profondità di circa 70 km. Qui infatti, inizia il mantello terrestre.
Intanto nel cuore dell’Oceano Atlantico la spedizione verso il centro della Terra inizia ad attraversare la crosta dell’oceano. Anch’essa si presenta a strati, ma molto diversi dai precedenti. Il primo, il più superficiale, è costituito da depositi sedimentari che possono raggiungere anche uno spessore di un chilometro. A questo ne segue uno composto da rocce basaltiche (ossia lave raffreddate) che risultano più bollose nella parte superficiale (sono chiamate lave a pillow che in inglese significa cuscino) e più massicce nella parte inferiore. Il loro spessore può raggiungere i 2 km. Il tutto si appoggia su uno strato più spesso che può raggiungere i 5 km di altezza costituito da rocce magmatiche massicce la cui composizione chimica ricorda quella dei basalti, ma che a differenza di questi sono il risultato del raffreddamento di un magma sotto la superficie terrestre e che ha impiegato quindi centinaia di migliaia di anni, se non milioni di anni, per raffreddarsi. Rocce che vengono chiamate gabbri. L’intero pacco di strati prende il nome di “ofioliti”.
Superato tutto ciò si arriva nel mantello.
Fin qui la temperatura è cresciuta di circa 3°C ogni 100 m, un dato certo perché lo si è rilevato anche nelle perforazioni petrolifere e negli scavi in miniera. Ma questa crescita non continua fino al centro della Terra, perché se così fosse a 1.000 km di profondità la temperatura sarebbe già di oltre 30.000°C. Avremmo una Terra liquida, ma così non è. In realtà infatti, la temperatura aumenta con tale ritmo fino a circa 1.300° C (che si incontra a circa 40-50 km di profondità), dopo di che la crescita è molto più lenta, al punto che nel nucleo esterno, a circa 2900 km, essa non supera i 4.300°C. Quindi riprende di nuovo a salire notevolmente per raggiungere una probabile temperatura di circa 5.500°-6.000° C nel centro del pianeta.
Ma ritorniamo al nostro viaggio che avevamo interrotto nel momento in cui eravamo entrati nel mantello terrestre. La fascia che separa la crosta terrestre (oceanica o continentale) dal mantello è stata chiamata “discontinuità di Mohorovicic” (dal nome di chi per primo la mise in risalto). Sotto di essa si incontrano rocce che sono chiamate “peridottiti” composte per lo più da silicio, ossigeno, ferro e magnesio (a dare i minerali noti come olivina e pirosseno) e ormai la temperatura si è stabilizzata e cresce molto lentamente. Attorno ai 100-150 km (75 sotto gli oceani) di profondità succede qualcosa di particolare. Le rocce continuano ad avere la medesima composizione chimica delle precedenti, ma quasi improvvisamente esse non sono più rigide, ma diventano plastiche, al punto che qua e là si formano vere e propria sacche liquide. La componente fusa raggiunge anche il 10%. Si è passati dalla litosfera (litos significa pietra in greco) all’astenosfera (asthenes, debole). Dopo un centinaio di chilometri ancora, le rocce ridiventano rigide a causa soprattutto della pressione in gioco che cresce al ritmo di alcune centinaia di atmosfere a chilometro.
Qualcosa di diverso accade anche a circa 700 km dalla superficie. Qui infatti, le rocce sono costituite chimicamente dagli stessi elementi che stanno sopra, ma questi sono ricombinati tra loro a dare strutture cristalline più compatte (tra i minerali che si formano vi è la perowskite), capaci di resistere alle temperature e alle pressioni che si incontrano a quella profondità. Ora il viaggio prosegue monotono fino a 2.900 km di profondità. All’interno del mantello però avviene qualcosa di estremamente importante. Il materiale più caldo che si trova vicino al nucleo terrestre, in alcuni punti del pianeta sale verso la superficie, come immense bolle. Succede quel che avviene all’acqua quando è posta a bollire in un pentolino. Dal fondo l’acqua più calda tende a salire verso l’alto. Ma una volta raggiunta la base della litosfera terrestre il magma si raffredda e si muove lateralmente a velocità di pochi centimetri all’anno, per ritornare poi nelle profondità della Terra. Così facendo trascina la litosfera sovrastante, dando così origine ai movimenti delle placche che si scontrano o si allontanano tra loro.
A 2.900 km di profondità vi è una nuova discontinuità, chiamata di Gutemberg. Essa porta nel nucleo terrestre, che ha un raggio di ben 3.470 km, più della metà del raggio terrestre. Qui tutto cambia: non solo la temperatura e la pressione, ma anche la composizione chimica e fisica. La sua composizione infatti, è data da ferro mescolato, in una percentuale che potrebbe andare dal 10% al 20%, con del silicio e altri elementi (forse ossigeno, zolfo e nichel) in quantità assai inferiori. Il tutto si trova in uno stato liquido. Ma qui, a 3.000 km dalla superficie del pianeta, vi è il motore di un fenomeno che si manifesta ben oltre quest’ultima, vi è la causa prima cioè, del campo magnetico. Sembra che il funzionamento sia simile a quella di una dinamo. Se un conduttore di corrente elettrica viene mosso in un campo magnetico si produce una corrente elettrica. Ora ipotizzando che la Terra fosse stata immersa in un campo magnetico iniziale, anche debole, originato per esempio dal Sole, e che la materia del nucleo, che sappiamo essere fatto da materiale conduttore allo stato fuso (ferro) fosse in movimento, si è generata una corrente elettrica. Ma una corrente che si muove in un conduttore genera a sua volta un campo magnetico. Quindi secondo questa ipotesi, che è la più accreditata, è stata la corrente indotta nel nucleo terrestre in movimento a causare la formazione di un campo magnetico. Ma questi producendo a sua volta altra corrente nel materiale del nucleo ha prodotto una corrente elettrica e così via di seguito, così da mantenere sempre attivo il campo magnetico stesso. Questa complessità nell’autogenerare il campo magnetico fa si che esso possa a volte indebolirsi in alcune parti del nucleo esterno e questo può innescare una stabilità tale da portare ad una sua inversione, come è avvenuto più e più volte nel passato (vedi Focus….)
Ora un ultimo salto: a circa 5.150 km dalla superficie il materiale del nucleo diventa solido. Questo è reso possibile dal fatto che la pressione è tale che le temperature che si incontrano qua sotto non sono sufficienti a mantenere liquida la miscela di ferro e silicio.
Il viaggio fin qui realizzato è del tutto ipotetico, in quanto l’uomo non è mai riuscito ad andare oltre una profondità di 12 km dalla superficie (vedi articolo…) e solo con piccole perforazioni e lontano è il giorno in cui riuscirà ad andare molto oltre, quindi va ricordato che il modo con il quale la scienza studia l’interno della Terra segue due strade diverse. La prima si basa su elementi teorici che tengono conto del procedimento con il quale si è formato il nostro pianeta. Sembra infatti, che esso si è accresciuto in seguito all’impatto e all’unione di planetesimi, ossia piccoli pianeti, che fondendosi tra loro fecero si che gli elementi e i minerali più pesanti si concentrassero nella parte più profondità della Terra, lasciando vicino alla superficie i minerali e conseguentemente le rocce più leggere e meno dense. Il secondo, più empirico, si basa sullo studio del comportamento delle onde sismiche che attraversano i vari strati della Terra dopo un terremoto. In base alla velocità con la quale si muovono è possibile determinare la composizione chimica e la condizione fisica degli stessi.
