I dati dei vecchi test sulle armi sovietiche stanno aiutando gli scienziati a ottenere uno sguardo ad alta risoluzione all’interno del nostro pianeta
Il 27 settembre 1971, una bomba nucleare è esplosa sulle isole russe Novaya Zemlya. La potente esplosione ha inviato onde che si sono increspate così in profondità all’interno della Terra che sono rimbalzate sul nucleo interno, facendo tintinnare una serie di centinaia di orecchie meccaniche a circa 4.000 miglia di distanza nella natura selvaggia del Montana. Tre anni dopo, quella schiera ricevette un segnale quando una seconda bomba esplose quasi nello stesso punto.
Questa coppia di esplosioni nucleari faceva parte di centinaia di test fatti esplodere durante il fervore della Guerra Fredda. Ora, i record di queste oscillazioni stanno facendo ondate tra i geologi: hanno aiutato gli scienziati a calcolare una delle stime più precise finora della velocità di rotazione del nucleo interno del pianeta.
Gli abitanti della superficie sanno che la Terra ruota sul proprio asse una volta ogni 24 ore circa. Ma il nucleo interno è una palla di ferro grosso modo lunare che galleggia in un oceano di metallo fuso, il che significa che è libero di girare indipendentemente dalla rotazione su larga scala del nostro pianeta, un fenomeno noto come super-rotazione. E la velocità con cui sta andando è stata oggetto di accesi dibattiti.
Sfruttando i segnali a zig-zag di quelle esplosioni nucleari vecchie di decenni, John Vidale , un sismologo presso l’Università della California meridionale, ha ora l’ultima stima per questo tasso. In un recente studio pubblicato su Geophysical Research Letters, egli riferisce che il nucleo interno probabilmente è molto più veloce della superficie terrestre . Se la sua velocità è corretta, significa che se rimani in un punto all’Equatore per un anno, la parte del nucleo interno che era precedentemente sotto di te finirebbe sotto un punto a 4,8 miglia di distanza.
“È un lavoro accurato e valido”, afferma Paul Richards , sismologo della Columbia University, coautore di uno studio del 1996 che ha documentato per la prima volta la super-rotazione del nucleo interno. “Qualcosa sta cambiando laggiù.”
Una migliore comprensione della storia e delle dinamiche attuali del blob di ferro annidato nel nostro pianeta potrebbe fornire ulteriori indizi sui processi che caricano e stabilizzano il nostro campo magnetico, un campo di forza geologico che protegge il nostro mondo da vari tipi di radiazioni nocive. Non comprendiamo ancora appieno come funzioni questa dinamo magnetica, ma gli scienziati sospettano fortemente che sia legata ai misteriosi movimenti nelle profondità del pianeta.
“La Terra è questo laboratorio naturale estremo”, afferma Elizabeth Day , una sismologa delle terre profonde dell’Imperial College di Londra che non faceva parte del lavoro. Migliaia di miglia sotto i nostri piedi, le pressioni sono schiaccianti e le temperature si fanno brucianti. “Non possiamo riprodurre facilmente tutti quelli in un vero laboratorio. Ma se riusciamo a scrutare la Terra, avremo un po ‘di informazioni su questo insieme di condizioni davvero estreme “.
Il nuovo lavoro è solo uno dei tanti tentativi di capire il tasso di super-rotazione del core, ma offre uno dei tassi più lenti per la super-rotazione mai suggerito. Tuttavia, le differenze tra questi studi non sono necessariamente una cosa negativa, dice Day.
“Non significa che qualcuno abbia torto”, dice. “Significa solo che tutti stanno guardando cose leggermente diverse.”
Enigma centrale
Il lavoro precedente, incluso il documento di cui Richards è coautore, ha utilizzato varie proprietà delle onde del terremoto che viaggiano attraverso il pianeta per fornire le loro stime per la super-rotazione del nucleo interno, con diverse sedute intorno a pochi decimi di grado all’anno. Tuttavia, tali misurazioni non sono facili da eseguire e la risoluzione di molte di queste analisi era bassa. Ma a differenza dei terremoti, che emettono onde tremanti, le esplosioni nucleari forniscono un segnale pulito con cui lavorare.
“È come se la Terra fosse stata colpita da un martello”, dice Day.
Il problema era l’estrazione dei dati, che sono stati codificati su nastri a nove tracce dal Large Aperture Seismic Array nel Montana. Negli anni ’90, i nastri erano arrivati al Laboratorio sismologico di Albuquerque, dove Paul Earle , allora studente laureato allo Scripps Institute of Oceanography, fu incaricato di estrarre gli echi dei test nucleari sovietici dai nastri in deterioramento.
Earle trascorse due settimane in una stanza piena di scatole piene di dischi con etichette criptiche. Molti dei nastri erano consumati, le loro informazioni magnetiche perse nel tempo. Circa uno su 10 non può essere letto da un riproduttore di cassette, dice Earle, che ora è un sismologo presso l’US Geological Survey.
Ma ne è valsa la pena. Earle, Vidale e Doug Dodge del Lawrence Livermore National Laboratory hanno utilizzato le onde sparse di queste esplosioni nucleari per scrutare nel nucleo del pianeta. Confrontando l’impronta digitale delle onde respinte dalle esplosioni quasi nella stessa posizione nel 1971 e nel 1974, il team ha potuto calcolare quanto più velocemente il nucleo interno si è girato rispetto al resto del pianeta. Il processo è simile al monitoraggio di un aereo in movimento utilizzando il radar, osserva Richards.
I loro risultati iniziali, pubblicati in uno studio su Nature del 2000 , indicavano un tasso di rotazione di 0,15 gradi all’anno . Vidale ha quindi cambiato marcia e non ha pensato molto al nucleo interno per quasi 15 anni.
Scavando più a fondo
La situazione è cambiata nel dicembre 2018, quando ha attraversato la vivace sala dei poster alla conferenza annuale dell’American Geophysical Union. Lì, Vidale ha notato il lavoro di Jiayuan Yao , ora ricercatore in geofisica presso l’Università tecnologica di Nanyang.
Yao aveva setacciato decine di migliaia di terremoti alla ricerca di coppie che colpissero in momenti diversi esattamente nella stessa posizione. Confrontando le onde sismiche che hanno sfiorato il nucleo interno di 40 di questi gemelli geologici, sperava di scoprire i misteri nascosti nelle profondità del nostro pianeta.
“Sono dati davvero fantastici”, ricorda Vidale. Tuttavia, l’interpretazione di Yao dei dati non puntava alla super-rotazione, e invece suggeriva che sembrava stesse accadendo qualcos’altro.
Incuriosito da questo enigma, Vidale tornò al suo set di dati sulle esplosioni nucleari, ma con i codici di analisi originali introvabili, dovette ricominciare da capo, scavando ancora più a fondo nelle increspature dell’era della Guerra Fredda con un metodo aggiornato.
La sua analisi risultante ha prodotto ancora una super rotazione, ma è stata sia più lenta che più precisa delle stime precedenti, puntando invece verso il tasso appena descritto di 0,07 gradi all’anno tra il 1971 e il 1974.
Certa incertezza
Ma mentre altri scienziati lodano la completezza dell’ultimo lavoro di Vidale, il dibattito sembra lungi dall’essere risolto.
Yao ei suoi colleghi hanno recentemente pubblicato un’intrigante spiegazione alternativa utilizzando i suoi dati di due terremoti. Forse, ipotizzano, il nucleo interno sta effettivamente ruotando alla stessa velocità del resto del nostro pianeta, e l’apparente differenza potrebbe invece essere spiegata dal fatto che il nucleo interno ha una superficie frastagliata che si sposta nel tempo, con montagne che si alzano o canyon che si infrangono il globo di ferro.
Vidale trova che l’analisi sia intrigante, ma anche se concorda sul fatto che potrebbe esserci qualcosa di più della super-rotazione nel mix, è scettico sulla precisa spiegazione di Yao.
Una possibilità, sostiene Richards, è che il blob stesso si deformi nel tempo.
“È come quando lanci una pizza in aria”, dice. “Sta girando, ma sta fluttuando. Si deforma mentre ruota. ”
È anche possibile che la velocità di rotazione del nucleo interno vari nel tempo, aggiunge Xiaodong Song , un sismologo delle terre profonde presso l’Università dell’Illinois, coautore del primo studio del 1996 che documenta la rotazione del nucleo interno. Sebbene l’ultima tariffa di Vidale sia robusta, è limitata a un singolo periodo di tempo, quindi è necessaria un’ulteriore conferma, afferma via e-mail.
“È così difficile fare questi studi”, afferma Jessica Irving , sismologa delle terre profonde presso la Princeton University. “Ogni frammento di dati diventa prezioso e sfortunatamente non ci sono molti frammenti di dati.” Forse risposte più definitive potrebbero essere all’orizzonte. Le analisi stanno migliorando e si stanno accumulando dati sui sismometri di tutto il mondo che sono costantemente all’ascolto di ogni tremito del nostro pianeta.
Risolvendo il puzzle del nucleo interno, Yao dice, “non è necessario che ci vogliano un altro decennio”.
