Secondo stime recenti, il nucleo interno solido della Terra ha iniziato a formarsi tra mezzo miliardo e un miliardo di anni fa. Tuttavia, le nostre nuove misurazioni delle rocce antiche mentre si raffreddano dal magma hanno indicato che potrebbe in realtà aver iniziato a formarsi più di mezzo miliardo di anni prima.

Sebbene questo sia ancora relativamente tardi nella storia di quattro miliardi e mezzo di anni della Terra, l’implicazione è che l’interno profondo della Terra potrebbe non essere stato così caldo nel passato profondo come alcuni hanno sostenuto. Questo significa che il nucleo sta trasferendo il calore alla superficie più lentamente di quanto si pensasse in precedenza, ed è meno probabile che giochi un ruolo importante nel modellare la superficie terrestre attraverso movimenti tettonici e vulcani.

Appena la Terra si è formata da collisioni in un’enorme nube di materiale che ha anche formato il Sole, era fusa. Questo era dovuto al calore generato dal processo di formazione e al fatto che si scontrava costantemente con altri corpi. Ma dopo un po’, quando il bombardamento rallentò, lo strato esterno si raffreddò per formare una crosta solida.

Il nucleo interno della Terra è, oggi, una palla di ferro solido delle dimensioni di Plutone al centro del nostro pianeta, circondata da un nucleo esterno di ferro fuso legato a qualche elemento più leggero, ancora sconosciuto. Nonostante la Terra sia più calda al suo centro (circa 6.000°C), il ferro liquido si congela in un solido a causa delle altissime pressioni presenti. Mentre la Terra continua a raffreddarsi, il nucleo interno cresce al ritmo di circa 1 mm all’anno grazie a questo processo di congelamento.

Conoscere il momento in cui il centro della Terra si è raffreddato a sufficienza per congelare il ferro ci dà un punto di riferimento fondamentale per tutta la storia termica del pianeta.

Il campo magnetico della Terra è generato dal movimento del ferro fuso elettricamente conduttore nel nucleo esterno. Questo movimento è generato da elementi leggeri rilasciati al confine del nucleo interno durante la sua crescita. Pertanto, il momento in cui il ferro è stato congelato per la prima volta rappresenta anche un momento in cui il nucleo esterno ha ricevuto una forte fonte di energia aggiuntiva.

È la firma di questa spinta del campo magnetico – il più grande aumento a lungo termine in tutta la sua storia – che pensiamo di aver osservato nelle registrazioni magnetiche recuperate dalle rocce ignee formate in questo periodo. Le particelle magnetiche in queste rocce “lock-in” le proprietà del campo magnetico terrestre al momento e nel luogo che si raffreddano dal magma.

Il segnale può quindi essere recuperato in laboratorio misurando come la magnetizzazione della roccia cambia mentre si riscalda progressivamente in un campo magnetico controllato. La caccia a questa firma non è un’idea nuova, ma è appena diventata fattibile – una combinazione di una maggiore quantità di dati di misurazione disponibili e nuovi approcci per analizzarli.

La Terra ha mantenuto un campo magnetico per la maggior parte della sua storia attraverso un processo di “dinamo”. Questo è simile in linea di principio a una radio a carica o una lampadina alimentata da una bicicletta, in quanto l’energia meccanica viene convertita in energia elettromagnetica. Prima che il nucleo interno iniziasse a solidificarsi, si pensa che questa “geodinamo” sia stata alimentata da un altro processo di “convezione termica” completamente diverso e inefficiente.

Una volta che il ferro ha iniziato a congelare fuori dal liquido alla base del nucleo, il resto è diventato meno denso, fornendo un’ulteriore fonte di galleggiamento e portando ad una “convezione composizionale” molto più efficiente. I nostri risultati suggeriscono che questo risparmio di efficienza è avvenuto prima nella storia della Terra di quanto si pensasse in precedenza, il che significa che il campo magnetico sarebbe stato sostenuto più a lungo con meno energia complessiva. Poiché l’energia è principalmente termica, questo implica che il nucleo nel suo complesso è probabilmente più freddo di quanto sarebbe stato se la parte interna si fosse formata più tardi.

Calore e tettonica a placche

Un nucleo più freddo implica un minore flusso di calore attraverso il confine nucleo-mantello. Questo è importante per tutte le scienze della Terra perché potrebbe essere uno dei fattori che fanno muovere le placche tettoniche ed è anche una fonte di vulcanismo a pennacchio sulla superficie terrestre. Sappiamo che questi processi sono il risultato della convezione del mantello prodotta, in ultima analisi, dal flusso di calore fuori dal pianeta ad una velocità che possiamo misurare piuttosto precisamente. Quello che ancora non sappiamo è quanto di questo calore perso alla superficie terrestre provenga dal mantello e quanto dal nucleo.

Si pensa che il riscaldamento del nucleo produca pennacchi che salgono da appena sopra il confine nucleo-mantello, che potrebbero aiutare a guidare il flusso all’interno del mantello. I nostri risultati suggeriscono che il contributo del nucleo al flusso di calore superficiale è inferiore a quello implicito in altri studi e che la subduzione nell’oceano, quando una placca tettonica passa sotto un’altra fino al mantello, è molto più importante nel guidare la convenzione del mantello rispetto al calore che sale dal nucleo.

Il dibattito sull’età del nucleo interno e sulla conseguente evoluzione termica della Terra non è ancora finito. Sono necessari più dati paleomagnetici per confermare che il forte aumento dell’intensità del campo magnetico che abbiamo osservato è davvero il più grande nella storia del pianeta. Inoltre, la modellazione deve verificare se qualche altro evento potrebbe aver creato il rafforzamento magnetico in questo momento.

Nondimeno, allo stato attuale, la teoria e l’osservazione si combinano per indicare che la Terra aveva due terzi della sua età attuale prima di iniziare a crescere un nucleo interno – il che significa che gli scienziati della Terra potrebbero dover rivedere la loro comprensione della storia del pianeta.