Raro e super profondo, un diamante ci dice com’è il centro della Terra

Pubblicato su PNAS lo studio che spiega la composizione chimica e mineralogica dell’interno del nostro pianeta partendo da una microscopica sequenza di minerali decifrata in un cristallo proveniente da grandissima profondità.

Oltre 50 anni di studi sperimentali finalizzati a comprendere di cosa sia fatto l’interno della Terra hanno portato alla scoperta di importanti minerali (wadsleyite, ringwoodite, bridgmanite e ferropericlasio) considerati essere rappresentativi della composizione mineralogica del pianeta a profondità maggiori di 400 km. Simulazioni in laboratorio delle condizioni primordiali di pressione (10.000 atmosfere ogni 30 km di profondità) e temperatura (3 °C ogni 100 metri) hanno dimostrato che questi minerali furono tra i primi a formarsi man mano che il nucleo terrestre – una lega di ferro e nichel – solidificava a seguito del raffreddamento della palla di magma che costituiva il nostro pianeta più di 4.5 miliardi di anni fa. Eppure, la composizione chimica e mineralogica dell’interno della Terra risulta ancora poco nota, perché le osservazioni dirette – piuttosto complesse – non sono numerose.

Il team guidato da Chiara Anzolini, dell’Università di Padova – con la partecipazione di Luca Bindi, ordinario di mineralogia del Dipartimento di Scienze della Terra Unifi, Vincenzo Stagno, associato di Petrologia e termodinamica sperimentale dell’Università La Sapienza di Roma, e Fabrizio Nestola direttore del Dipartimento di Geoscienze dell’Università di Padova – ha studiato diamanti super-profondi molto rari scoprendo al loro interno decine di micro inclusioni di minerali contenenti ferro a differenti stati di ossidazione (ferro metallico, ferroso e ferrico). Questi sono spesso “testimoni” attendibili della composizione chimica e mineralogica dell’ambiente in cui i diamanti stessi cristallizzano. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica PNAS (“Proceedings of the National Academy of Sciences USA”).

«Di sicuro è improbabile che a una profondità di 300-1000 metri vi sia ossigeno libero capace di ossidare, cioè arrugginire, i minerali presenti, producendo nuovi solidi. Per questa ragione il diamante diventa una sorta di navicella di informazioni sulla presenza di fasi metalliche e carbonio allo stato elementare – spiegano i ricercatori -. La sequenza di minerali decifrata all’interno del diamante super-profondo studiato è simile a quanto già osservato da altri ricercatori in passato. Rispetto agli studi precedenti, però, i rapporti volumetrici tra questi minerali sono tali che possono essersi formati solo dalla decomposizione di un minerale la cui formula chimica proposta, sebbene ancora oggetto di dibattito, è Fe4O5».

Questo composto a oggi viene osservato solo come prodotto di esperimenti condotti in laboratorio ad alta pressione e temperatura. La cristallizzazione di un diamante in profondità è un processo che richiede tali condizioni, ma soprattutto bassi quantitativi di ossigeno: se così non fosse, minerali contenti carbonio ossidato, quali magnesite e calcite, sarebbero più presenti. La presenza di inclusioni di minerali contenenti ferro con vari stadi di ossidazione suggerisce che porzioni di crosta ricche in ossigeno siano arrivate in profondità, innescando reazioni chimiche che da un lato hanno provocato l’arrugginimento del Fe contenuto nei minerali presenti, ma dall’altro hanno causato la formazione di diamanti.

“La scoperta di un diamante con inclusioni ricche di ferro a differenti stati di ossidazione – commenta Luca Bindi – indica fenomeni chimici inaspettati a quelle profondità, che si accompagnano a una serie di reazioni che lasciano intendere quanto dinamica sia la Terra al suo interno. E’ sempre stato molto difficile prevedere la presenza della fase Fe4O5 nelle profondità terrestri senza approfondite indagini su sistemi con composizione realistica quali le inclusioni in diamanti super-profondi – prosegue il ricercatore -. Noi crediamo che Fe4O5 sia una fase accessoria plausibile nell’interno della Terra, almeno in porzioni localmente ricche di ferro. Presentando la stessa struttura del composto CaFe3O5, la fase ipotizzata potrebbe anche ospitare quantità significative di calcio, dando luogo quindi a un diverso scenario per la ripartizione degli elementi negli ossidi di ferro a grandi profondità».

La scoperta di un minerale come Fe4O5 apre nuovi scenari circa la composizione chimica e mineralogica del mantello profondo e dimostra come importanti novità riguardo la composizione chimica e mineralogica dell’interno del nostro pianeta provengono dall’attento studio dei rari diamanti super profondi.

 


COPYRIGHT: © 2017 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FIRENZE.
Eccetto dove diversamente specificato, i contenuti di questo post sono rilasciati sotto Licenza Creative Commons Attribution ShareAlike 4.0 International (CC BY-SA 4.0).

Written By
More from redazione

A Chimica da Harvard Michael Chorev

Ospite per ricerche in collaborazione con PeptLab e per lezioni ai dottorandi
Leggi di più