Il mantello terrestre è caratterizzato da un’eccessiva abbondanza di oro e platino, elementi altamente siderofili (HSE). Questa caratteristica ha sfidato le spiegazioni degli scienziati per anni. Un gruppo di ricercatori, guidato da Jun Korenaga dell’Università di Yale e Simone Marchi del Southwest Research Institute (SwRI), ha finalmente rivelato il motivo di questo enigma. Il team infatti ha sviluppato il primo modello geofisico in grado di spiegare questa abbondanza.
Gli HSE, o elementi altamente siderofili, sono una categoria di elementi chimici caratterizzati dalla loro forte affinità con il ferro. Il termine “siderofilo”, infatti, deriva dalle parole greche che significano “amante del ferro”. Questi elementi hanno una particolare propensione ad associarsi al ferro e ad essere incorporati nei materiali metallici, come i nuclei planetari e asteroidali. Nel contesto geologico e planetario, gli HSE sono di particolare interesse perché forniscono importanti informazioni sulla formazione e l’evoluzione dei pianeti. Gli elementi altamente siderofili includono metalli preziosi come l’oro (Au), il platino (Pt), il palladio (Pd), il rodio (Rh), l’osmio (Os) e il rutenio (Ru).
Gli elementi altamente siderofili sono dei metalli che, per la loro affinità con il ferro, dovrebbero essere inglobati nel nucleo terrestre. Tuttavia, la loro abbondanza apparentemente contraddittoria nel mantello ha sfidato le spiegazioni scientifiche tradizionali. Le teorie tradizionali suggeriscono che durante la formazione del pianeta Terra, gli HSE dovrebbero essersi diretti direttamente verso il nucleo terrestre, rendendoli estremamente rari nel mantello.
Una delle teorie proposte per spiegare l’abbondanza di elementi HSE nel mantello terrestre riguarda gli impatti planetari. Durante un impatto planetario di vasta scala, come quello di un grande planetesimo sulla superficie terrestre, si genera un’enorme quantità di calore. Questo calore estremo fonde le rocce circostanti, creando un vasto oceano di magma noto come “oceano magmatico”. Questa fase iniziale del processo genera condizioni estreme, con temperature che possono raggiungere migliaia di gradi. L’oceano magmatico rappresenta un ambiente unico e dinamico in cui minerali solidi di silicato, magma fuso e metallo liquido coesistono.
Quando il planetesimo colpisce la Terra, la fusione delle rocce non solo genera il magma ma crea anche una regione parzialmente fusa nel mantello terrestre sottostante. Questa regione rappresenta un ambiente complesso in cui le rocce solide coesistono con il magma fuso e il metallo liquido. A causa del calore proveniente dal nucleo terrestre e dalla fusione delle rocce, si creano moti convettivi nel mantello. Questi moti comportano il movimento ascendente del materiale caldo e l’abbassamento di quello più freddo. Questo processo di convezione nel mantello solido crea una miscelazione in cui i materiali solidi, liquidi e fusi interagiscono tra loro.
Alla base di queste simulazioni gli scienziati hanno sviluppato un sistema trifasico complesso. Questo include presenza di minerali solidi di silicato, magma fuso di silicato e metallo liquido. I moti convettivi sono alimentati dal calore proveniente dal nucleo terrestre e dalla fusione delle rocce nell’oceano magmatico. Questo moto ascendente e discendente contribuisce alla miscelazione dei tre stati fluidi, permettendo agli HSE di diffondersi in tutto il mantello. La rivelazione più sorprendente di queste simulazioni è il processo di trattenimento. Mentre il sistema trifasico è in movimento a causa della convezione nel mantello, si verifica una sorta di blocco.
Gli HSE, anziché precipitare rapidamente nel nucleo terrestre come ci si potrebbe aspettare data la loro affinità con il ferro, rimangono intrappolati all’interno del mantello. Questo processo avviene perché la miscela di stati fluidi è così dinamica e complessa che gli HSE non hanno la possibilità di separarsi completamente dal resto dei materiali. Questa scoperta non solo spiega l’abbondanza di oro e platino nel mantello terrestre, ma apre nuove prospettive sulla comprensione dei processi geologici del nostro pianeta.