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, a destra), 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 a sinistra). 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, a destra) 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 (vedi immagine a destra).