Come lo sappiamo: le onde sismiche

Nessuna perforazione ha raggiunto il mantello, eppure sappiamo che il nucleo esterno è liquido perché un tipo di onda sismica non arriva mai al lato opposto del pianeta.

Due tipi di onde

Quando una faglia scorre, invia onde attraverso tutto il pianeta. Le più veloci sono le onde P, da primarie. Comprimono e dilatano la roccia nella direzione in cui si propagano, come un impulso lungo una molla tesa, e attraversano solidi, liquidi e gas. Seguono le onde S, secondarie. Fanno oscillare la roccia lateralmente, ad angolo retto rispetto alla direzione di propagazione. Un liquido non può resistere a questo tipo di sforzo di taglio, quindi le onde S non lo attraversano.

Entrambi i tipi accelerano nelle rocce più profonde e rigide. Un'onda che scende obliquamente viene quindi deviata, come la luce nell'acqua, e risale verso la superficie lungo una curva. Migliaia di sismometri in tutto il mondo misurano i tempi di arrivo. Dai ritardi a distanze diverse, i sismologi ricavano la velocità delle onde a ogni profondità; le variazioni improvvise di velocità indicano i confini tra gli strati. Il British Geological Survey paragona il fenomeno alla deviazione della luce in un prisma di vetro.

Le zone d'ombra

Misura l'angolo attorno alla Terra a partire dal terremoto: il punto esattamente opposto è a 180°. Le onde S dirette si registrano fino a circa 104°, poi scompaiono del tutto. Qualcosa tra il mantello e il centro le ferma e, dato che le onde S si arrestano solo nei liquidi, quello strato dev'essere liquido. Le onde P si comportano diversamente. Scompaiono anch'esse oltre circa 104°, ma ricompaiono da circa 140° in poi. Lo USGS spiega che il nucleo liquido le devia. Le onde P rallentano bruscamente entrando nel nucleo esterno, perché il ferro liquido le trasmette più lentamente delle rigide rocce sovrastanti; vengono così deviate nettamente verso il centro ed emergono molto lontano. La fascia di superficie tra 104° e 140° non riceve onde P dirette.

Puoi vederlo nel modello. Guarda il tempo: le onde P raggiungono il lato opposto della Terra dopo circa 20 minuti, mentre le onde S non ci arrivano mai. Sposta il cursore Terremoto: le zone d'ombra si spostano con il sisma. Questo indica che dipendono dall'interno della Terra, non da una particolarità di un punto della superficie. In questo modello semplificato, l'ultimo raggio P che sfiora il nucleo senza entrarvi riemerge vicino a 97°; le onde reali aggirano anche il bordo del nucleo, portando deboli onde P un po' più lontano.