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livello elementare.
ARGOMENTO: MAGNETISMO TERRESTRE
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: campo magnetico terrestre, Sole
Einstein considerava la comprensione del meccanismo che genera e governa la dinamica del campo magnetico terrestre come una delle più importanti ed irrisolte sfide della fisica. Il meccanismo che causa le inversioni del campo resta ancora oggi in gran parte ignoto. Il campo magnetico terrestre spesso è protagonista di animate discussioni su post e articoli pubblicate sui giornali e sul web, soprattutto a causa delle sue peculiarità più popolari: le inversioni di polarità. Facciamo un pò di chiarezza sull’argomento.
Le caratteristiche del campo magnetico terrestre
Il campo magnetico terrestre è generato da complessi moti convettivi e turbolenti del materiale metallico fuso, fortemente conduttore di elettricità, che forma il nucleo esterno della Terra.
Il nucleo della Terra è costituito da una parte esterna, fluida, e una interna, solida. Con la rotazione terrestre la parte fluida viene messa in moto generando correnti elettriche che sono quelle che generano il campo magnetico terrestre – da articolo INGV citato
Il campo magnetico risultante, in prima approssimazione, ha la struttura del campo generato da un magnete a barra posto nel centro della Terra e inclinato di circa 9° rispetto all’asse di rotazione terrestre (campo dipolare). La teoria generale indica che esistono due stati possibili di polarità, quella normale (l’attuale, in cui le linee di forza del campo entrano verso l’interno della Terra nell’emisfero settentrionale ed escono verso l’esterno della Terra nell’emisfero meridionale) ed il suo inverso.
Entrambi gli stati di polarità del campo sono ugualmente probabili e stabili.
Schematizzazione del campo magnetico terrestre nelle due possibili configurazioni di polarità: polarità normale, a sinistra, e inversa, a destra. Per semplicità l’origine del campo viene raffigurato da una barra magnetica (Credits: Barbara Angioni) – da articolo INGV citato
Le registrazioni paleomagnetiche mostrano, in effetti, come nel tempo geologico i due stati di polarità del campo magnetico si siano alternati senza prevalenza di uno rispetto all’altro. La variabilità naturale del campo comprende anche grandi variazioni di intensità.
Quando l’intensità del campo è molto debole, fino a valori dell’ordine del 10-20% del valore attuale, si possono innescare le inversioni di campo magnetico terrestre. In caso di innesco di inversione, la morfologia del campo cambia drasticamente, fino a perdere le sue caratteristiche di dipolarità, con ulteriori importanti variazioni nei valori dell’intensità. Ad inversione avvenuta i valori dell’intensità del campo riprendono rapidamente a crescere e recuperano i valori precedenti all’inversione. Il fenomeno è sicuramente nell’insieme molto complesso e caotico.
Simulazione delle linee di forza del campo nel nucleo terrestre durante un’inversione di polarità (Credit G.A. Glatzmaier da Geodynamo (ucsc.edu) )
L’inversione del campo magnetico terrestre non è né un fenomeno periodico né regolare.
C’è stato un lunghissimo intervallo di tempo (nel Cretacico superiore, tra gli 83 e i 118 milioni di anni fa) in cui il campo non si è affatto invertito e ha mantenuto la stessa polarità per circa 30 milioni di anni. In altri periodi invece la polarità si è invertita frequentemente, come mostrato nella figura sottostante.
Nell’immagine le fasce nere si riferiscono a epoche a polarità normale, mentre quelle bianche a quelle a polarità inversa – da articolo INGV citato
Sono documentate centinaia di inversioni del campo magnetico negli ultimi 83 milioni di anni e 21 sono riconosciute per gli ultimi 5.3 milioni di anni. Questo implica che in media, durante questo ultimo periodo, ci sia stata un’inversione del campo ogni circa 250 mila anni. L’ultima inversione completa è datata a circa 780 mila anni fa.
disegno a sinistra – dettaglio della sequenza delle inversioni di polarità magnetica durante gli ultimi 5.3 milioni di anni – da articolo INGV citato
Ci avviamo verso una nuova inversione del campo magnetico terrestre?
Sappiamo che l’intensità del campo (la sua componente dipolare) è in diminuzione, a partire dalle prime misure dirette effettuate da Gauss verso la metà del XIX secolo. Questo potrebbe suggerire che ci si stia avviando verso una nuova inversione. Tuttavia, gli studi paleomagnetici indicano che durante gli ultimi 780 mila anni l’intensità del campo è variata continuamente ed ampiamente e ha raggiunto un valore di picco positivo circa 2000-2500 anni fa. E’ dunque normale che, da quel valore, vi sia ora una diminuzione.
Per questo motivo, al momento, non si può stabilire se la decrescita di intensità del campo rappresenti la prima fase della prossima inversione di polarità. Potrebbe infatti essere parte del naturale processo di variazione che caratterizza ogni intervallo di polarità magnetica stabile.
Fine parte I – continua
da INGV ambiente – Sagnotti et alii
in anteprima: la magnetosfera è una regione dello spazio all’interno della quale è presente il campo magnetico terrestre, che scherma il pianeta dal flusso di particelle solari e cosmiche. Credit: Nasa/GSFC – da articolo INGV citato
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Per approfondire:
Brown M., Korte M., Holme R., Wardinski I. and Gunnarson S., 2018. Earth’s magnetic field is probably not reversing, PNAS, May 15, 2018, vol. 115, no. 20, 5111–5116
Garlinghouse T., 2018. The complex history of Earth’s magnetic reversals
Glatzmaier G. A. and Roberts P.H., A three-dimensional self-consistent computer simulation of a geomagnetic field reversal, Nature, 377, pages 203–209 (21 September 1995).
Sagnotti, L., Scardia, G., Giaccio, B., Liddicoat, J.C., Nomade, S., Renne, P.R. & Sprain, C.J., 2014. Extremely rapid directional change during Matuyama–Brunhes geomagnetic polarity reversal, Geophys. J. Int., 199(2), 1110–1124.
Sagnotti, L., Giaccio, B., Liddicoat, J.C., Nomade, S., Renne, P.R., Scardia, G. & Sprain, C.J., 2016. How fast was the Matuyama–Brunhes geomagnetic reversal? A new subcentennial record from the Sulmona Basin, central Italy, Geophys. J. Int., 204(2), 798–812.
Valet, J.-P., Fournier, A., Courtillot, V. & Herrero-Bervera, E., 2012. Dynamical similarity of geomagnetic field reversals, Nature, 490, 89–94.
è Dirigente di Ricerca presso l’Istituto Nazionale Geofisica e Vulcanologia (INGV) ed è attualmente Direttore del Dipartimento Ambiente. Ha curato la nascita, lo sviluppo e la gestione del laboratorio di paleomagnetismo dell’INGV sin dal 1990. E’ esperto di paleomagnetismo e magnetismo delle rocce, con applicazioni alla geodinamica, alla stratigrafia e al magnetismo ambientale (con studi sulle variazioni climatiche e sull’inquinamento atmosferico da polveri sottili). E’ autore di oltre 150 pubblicazioni scientifiche. Le sue principali aree di ricerca sono la regione mediterranea ed entrambe le regioni polari.
