Esperimento: idruro di ferro superionico nel nucleo terrestre

Un laser colpisce un campione sottoposto a pressione tra piccole incudini di diamante. In questo esperimento dell'istituto Science Tokyo, i ricercatori hanno riscaldato l'idruro di ferro a oltre 2.000 kelvin e lo hanno sottoposto a una pressione di fino a 110 gigapascal. La diffrazione a raggi X ha mostrato una curva insolita della dilatazione termica. I ricercatori giapponesi l'hanno interpretata come la prima conferma sperimentale del fatto che l'idruro di ferro superionico può esistere nel nucleo terrestre.

Il termine superionico sembra contraddittorio, ma descrive uno stato ben definito della materia: gli atomi di ferro restano legati in un cristallo, come in un solido, mentre gli atomi di idrogeno, più leggeri, lo attraversano come farebbero in un liquido. Nel nucleo terrestre questo comportamento sarebbe prevedibile in condizioni che in laboratorio sono raggiungibili solo in modo approssimativo: lì prevalgono più di 300 gigapascal e oltre 6.000 kelvin. Già a 6 gigapascal la grafite diventa diamante.

L'indizio decisivo è arrivato dalla dilatazione termica. Fino a 1.590 kelvin la dilatazione dei cristalli di idruro di ferro è aumentata; oltre questa soglia è diminuita bruscamente. La curva ricorda una V rovesciata e corrisponde allo schema che anche altri materiali mostrano nel passaggio dalla fase solida a quella superionica. I risultati sono stati pubblicati su Nature Geoscience.

In un secondo esperimento, i ricercatori hanno sottoposto i cristalli a una tensione elettrica. L'idrogeno si è effettivamente spostato attraverso il materiale nella direzione della tensione, ma più lentamente di quanto calcolato finora. Per attraversare l'intero nucleo interno della Terra, impiegherebbe più di cento volte il tempo di esistenza della Terra. I ricercatori ne deducono che l'idrogeno penetrato nel nucleo terrestre durante la formazione della Terra resterà intrappolato lì per il momento.

E cosa cambia, concretamente? Da questo risultato non nasce alcun metodo per ottenere idrogeno bianco, cioè idrogeno presente in natura. La misurazione offre però un possibile elemento per spiegare perché le onde sismiche secondarie, ossia le onde di taglio all'interno della Terra, attraversino il nucleo più lentamente del previsto: l'idrogeno più mobile potrebbe rendere più morbida la lega di ferro e attenuare le deformazioni sismiche.