Le onde P rifratte che risalgono in superficie vengono registrate fino ad una certa distanza dall’epicentro. Da 103° a 143° di distanza angolare non se ne ritrovano più, vi è la cosiddetta “zona d’ombra”. Oltre i 143° le onde P rifratte ricompaiono. Cosa può spiegare questo fenomeno?

 

Nel 1913, il geofisico tedesco naturalizzato americano Beno Gutenberg (1889 – 1961), che poi collaborerà con Richter alla creazione della scala di magnitudo dei terremoti, ipotizzò che un grosso aumento di densità all’interno della Terra potesse deviare verso il centro i raggi sismici, facendoli “affiorare” in superficie più in là del previsto (figura in alto).

Gutenberg calcolò che la profondità di questa discontinuità doveva essere 2900 km, più della metà del raggio terrestre (6378-6356 m), che è considerata la superficie del nucleo della Terra e contiene il grosso della sua massa. La discontinuità prese il nome di superficie di Gutenberg. Le onde S invece non vengono trasmesse nel nucleo, o sono molto rallentate. Questa è una cosa che accade nei fluidi. Nell’acqua ad esempio, le onde di taglio né si generano, né si trasmettono: il nucleo della terra deve quindi essere composto di materiale fuso più denso di quello solido sovrastante.

Ma nel 1936 la geofisica danese Inge Lehman (1888 – 1993) notò che nella zona d’ombra arrivano alcune onde P, anche se deboli. Imputò la cosa alla presenza di un nucleo interno solido, a densità ancora più alta dell’esterno, che deviasse le onde P che lo attraversano fino a farle ricadere nella zona d’ombra (in basso). La discontinuità di Lehman si trova a circa 5100 km di profondità. Onde S generate per interferenza sulla superficie di discontinuità si propagano al suo interno.Quindi esso deve essere allo stato solido.

Diversi degli elementi chimici conosciuti rispondono alle caratteristiche di densità e alle proprietà elastiche che ammettano questo tipo di propagazione delle onde sismiche, in particolare dei metalli. Per una ipotesi di composizione del nucleo sono stati però scelti i più diffusi nell’universo, tenendo conto in particolare della composizione delle meteoriti, se è vero che sono frammenti di pianeti presesistenti o mai aggregatisi. Le meteoriti conosciute si dividono, guarda caso, in tre gruppi a composizione chimica diversa: due sono molto simili a crosta e mantello della Terra; le altre sono molto ricche in nichel e ferro, elementi che ben si adattano alle caratteristiche sismiche del nucleo.

Riassumendo, abbiamo tre superfici di discontinuità all’interno del pianeta messe in evidenza dalla sismica. Esse separano zone a composizione, densità e caratteristiche elastiche diverse tra loro, che quindi presentano velocità delle onde sismiche diverse: una crosta superficiale a profondità variabile, meno densa, che poggia su un mantello più denso; un nucleo esterno a comportamento fluido ed uno interno solido, dove si concentra la maggior parte della massa del pianeta.