I ricercatori hanno osservato un cambiamento di fase quantistica a una profondità di oltre 1.000 chilometri nel mantello della Terra, che è collegato all’aumento dei terremoti e delle eruzioni vulcaniche nel pianeta.
In particolare, è stata rilevata una firma sismica unica causata dall’interazione degli elettroni nel nucleo degli atomi. Gli elettroni possono avere due tipi di spin diversi (ascendente o discendente) e tendono ad accoppiarsi formando coppie che danzano all’interno dei materiali. Questa dinamica degli elettroni può cambiare a causa di fattori come la pressione, portando a cambiamenti nelle coppie di accoppiamento di spin.
Questi processi sono noti ai fisici e sono stati studiati per oltre 20 anni in un minerale chiamato ferropericlasa, che è presente nel mantello inferiore della Terra. Gli autori dello studio hanno ipotizzato che questa transizione di fase quantistica si verifichi anche in una vasta area del mantello inferiore, e ora hanno confermato questa ipotesi identificando segnali di incroci di spin nella ferropericlasa a una profondità compresa tra 1400 e 2000 chilometri sotto la superficie terrestre.
Terremoti ed eruzioni vulcaniche
La ricerca ha dimostrato che il movimento delle placche tettoniche potrebbe essere accelerato dall’intersezione di rotazione in un minerale di ferro situato nelle profondità del pianeta. Questo potrebbe aiutare a comprendere meglio i processi geologici che avvengono al di sotto dei 600 chilometri di profondità. Gli autori ritengono che questa scoperta possa spiegare l’aumento della frequenza di eventi sismici come terremoti e eruzioni vulcaniche.
Inoltre, i risultati di questa ricerca stanno consentendo lo sviluppo di tecniche più precise per prevedere fenomeni geologici importanti che si verificano nelle regioni del mantello inferiore terrestre ricche di ferro. Queste tecniche potrebbero anche essere applicate a materiali come i multiferroici e i ferroelettrici, nonché a materiali ad alte temperature e pressioni.
Fonte: Seismological expression of the iron spin crossover in ferropericlase in the Earth’s lower mantle. Grace E. Shephard et al. Nature Communications volume 12, Article number: 5905 (2021).