Un nuovo studio suggerisce che l’elio-3, un raro isotopo dell’elio risalente all’origine del sistema solare, potrebbe essere rimasto imprigionato nel nucleo solido della Terra. Questa scoperta potrebbe offrire una nuova prospettiva sul dibattito sulla velocità con cui si è formato il nostro pianeta.
L’elio-3: una traccia del passato del sistema solare
L’elio-3 è un isotopo raro, caratterizzato da due protoni e un solo neutrone nel suo nucleo. A differenza dell’elio-4, molto più abbondante e prodotto dal decadimento radioattivo, l’elio-3 proviene quasi esclusivamente dalla nube di gas e polveri che ha dato origine al sistema solare.
Si sa già che l’elio-3 esiste all’interno della Terra: ogni anno, circa 2 chilogrammi di questo gas emergono dalle dorsali medio-oceaniche e dai punti caldi vulcanici, aree in cui il mantello terrestre porta materiale in superficie. Tuttavia, il meccanismo che ha permesso a questo isotopo di restare intrappolato per miliardi di anni è rimasto a lungo un mistero.
Il dilemma della conservazione dell’elio nel mantello e nel nucleo
L’elio è un gas leggerissimo e tende a sfuggire nell’atmosfera. Si ipotizza che gran parte di esso sia stato disperso nello spazio durante l’impatto gigante che ha portato alla formazione della Luna o sia emerso gradualmente a causa dei movimenti della tettonica a placche.
Per anni, gli scienziati hanno ipotizzato che l’elio primordiale potesse essere custodito nel nucleo terrestre, al riparo dai processi geologici superficiali. Tuttavia, il problema principale di questa teoria è che il ferro, che costituisce la maggior parte del nucleo, solitamente non si mescola con l’elio.
Ora, una nuova ricerca condotta dal team di Kei Hirose, esperto di scienze planetarie presso l’Università di Tokyo, dimostra che, in determinate condizioni di temperatura e pressione, il ferro e l’elio possono effettivamente combinarsi.
Esperimenti ad alta pressione rivelano nuove possibilità
Gli scienziati hanno simulato le condizioni estreme del nucleo terrestre riscaldando campioni di ferro ed elio a temperature comprese tra 727 e 2.727 gradi Celsius e sottoponendoli a una pressione fino a 550.000 volte quella atmosferica.
Per evitare la dispersione dell’elio, i ricercatori hanno depressurizzato i campioni a temperature criogeniche prima di analizzare le strutture cristalline risultanti. I risultati, pubblicati il 25 febbraio su Physical Review Letters, dimostrano che il ferro solido può contenere fino al 3,3% di elio.
Un’immagine colorata artificialmente, ottenuta con la tecnica della spettrometria di massa a ioni secondari, mostra la distribuzione dell’elio all’interno del campione dopo essere stato sottoposto a intense pressioni e temperature. La scala dell’immagine è paragonabile alla larghezza di un capello umano.
Implicazioni per la formazione della Terra
L’esperimento è stato condotto utilizzando elio-4, ma gli scienziati ritengono che l’elio-3 si comporterebbe in modo simile. Peter Olson, geofisico dell’Università del New Mexico, sottolinea che questi risultati suggeriscono che l’elio potrebbe essere rimasto intrappolato nel nucleo solido della Terra per miliardi di anni.
Tuttavia, solo il 4% del nucleo terrestre è solido, mentre il resto è liquido. Olson evidenzia che il nucleo si è formato inizialmente in stato fuso, quindi serviranno ulteriori studi per confermare se l’elio possa essere stato incorporato anche nella parte liquida.
Un indizio sulla rapidità della formazione della Terra
Comprendere come l’elio-3 sia finito nel nucleo è cruciale per ricostruire la storia primordiale della Terra. I gas leggeri, come l’elio, sono rimasti nella nebulosa solare solo per pochi milioni di anni. Se il nostro pianeta si fosse formato molto lentamente – come suggeriscono alcune teorie che stimano un processo lungo 100 milioni di anni – difficilmente avrebbe trattenuto abbondanti quantità di elio-3 in profondità.
Se si riuscisse a dimostrare che il nucleo terrestre contiene ingenti quantità di elio-3, si avrebbe una forte prova che la Terra si è formata rapidamente, risolvendo così un dibattito di lunga data sull’evoluzione del sistema solare.
