La danza dei poli magnetici, cause ed effetti – parte I

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livello elementare 

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ARGOMENTO: NAUTICA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: magnetismo terrestre, poli, navigazione
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Quattro miliardi di anni fa la Terra sviluppò il suo campo magnetico. Abituati a valutare quello che percepiamo con i nostri sensi, noi Umani non realizziamo la sua importanza se non attraverso degli strumenti di misurazione, considerando la sua presenza un semplice fatto fisico. Eppure la sua conoscenza è fondamentale in molti campi applicativi, ci protegge dalle radiazioni cosmiche e, non ultimo, da circa un millennio di anni ci consente di navigare. Dall’analisi di alcuni dei più antichi minerali sulla Terra, gli zirconi di Jack Hills (Australia), è stato scoperto che il campo magnetico si formò oltre 4 miliardi di anni fa ovvero, si fa per dire, solo poche centinaia di milioni di anni dopo la formazione del pianeta. Questo potrebbe significare che la tettonica a placche iniziò molto prima di quanto pensassimo e che, grazie a quel campo invisibile, intorno al nostro pianeta si formò quello scudo che da allora ci protegge dalle radiazioni cosmiche.

Gli scienziati hanno utilizzato un magnetometro ad alta risoluzione per misurare i deboli segnali magnetici dei minerali ferrosi intrappolati all’interno degli zirconi. La cosa straordinaria è che questi segnali ci indicano la forza e la direzione del campo magnetico terrestre fotografati al momento della formazione di questi cristalli ovvero 4 miliardi di anni fa. Gli zirconi di Jack Hills hanno rivelato che il campo magnetico fluttuò in forza da un valore simile agli odierni, circa 25 microtesla,  a circa il 12% di quello attuale. Il valore misurato non è costante ma i due zirconi più antichi ritrovati hanno rivelato che il campo magnetico era già esistente 4,2 miliardi di anni fa. 

La presenza di un così antico campo magnetico terrestre suggerisce che la tettonica delle placche iniziò quindi più di 4 miliardi di anni fa, avviando un fenomeno fisico di convezione che favorì la perdita di calore nello spazio e lo sviluppo della vita.
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Conosciamo il campo magnetico terrestre
Il campo geomagnetico è un fenomeno fisico naturale che possiamo visualizzare come quello di un dipolo magnetico (ovvero un magnete) con poli non coincidenti con quelli geografici e con un asse inclinato di circa 11,30° rispetto all’asse di rotazione terrestre.

Il campo magnetico terrestre si estende per migliaia di chilometri nello spazio, formando una zona chiamata magnetosfera, una sorta di “scudo” elettromagnetico che devia i raggi cosmici e tutte le particelle cariche, riducendo la quantità che raggiunge il suolo. Le sue linee di forza perdono, già a qualche raggio terrestre di quota la simmetria planetaria e risultano schiacciate nella direzione del Sole ed allungate nella direzione opposta fino alla distanza di circa 190 raggi terrestri.

La magnetosfera terrestre ha origine nel nucleo esterno fluido del pianeta ad una profondità di circa 3000÷5000 km. L’instabilità delle correnti magneto-fluidodinamiche causa le inversioni di polarità del campo geomagnetico dovute alla non omogeneità elettromagnetica delle placche tettoniche nel nucleo terrestre.

Sebbene il campo magnetico non sia evidenziabile se non con strumentazioni scientifiche, alle alte latitudini crea effetti spettacolari come l’aurora polare, generata dall’interazione tra il vento solare e la magnetosfera.

Campo magnetico terrestre
Immaginiamo che un dipolo magnetico sia ora posto nel nucleo esterno terrestre, con una direzione coincidente con l’asse del dipolo. Per convenzione, le linee di forza del campo magnetico terrestre entrano nell’emisfero nord (emisfero boreale) ed escono dall’emisfero sud (emisfero australe). Probabilmente tutti avrete fatto a scuola l’esperimento con la limatura di ferro posta su un foglio appoggiato su una calamita (che fungeva da magnete). Avvicinando il magnete al foglio si notava che la limatura di ferro si disponeva su delle linee immaginarie tra il polo positivo e quello negativo, evidenziando le linee di forza di quel campo magnetico.

Immagini in anteprima il campo magnetico terrestre fa da scudo alla superficie della Terra dalle particelle cariche del vento solare. È compresso dal lato del giorno (ovvero del Sole) a causa della forza delle particelle in avvicinamento, mentre è esteso dal lato della notte – autore NASA – https://www.esa.int/./The_Sun-Earth_connection File:Magnetosphere rendition.jpg – Wikimedia Commons

Il campo magnetico e la navigazione
La bussola magnetica utilizza lo stesso principio ovvero l’ago magnetico indica sempre il polo nord magnetico e consente di orientarci ovvero di seguire delle direzioni costanti nel nostro movimento sulla Terra oppure di determinare posizioni geografiche attraverso più rilevamenti di oggetti fissi lungo il nostro percorso.

Questa caratteristica fisica era già nota ai Cinesi (nell’VIII secolo) e fu poi appresa dagli Arabi nell’XI secolo. La prima descrizione di una bussola si deve invece ad un francese, Peter Peregrinus,  che diede alle due estremità dell’ago magnetico il nome di polo nord e polo sud. Come sappiamo, lo strumento fu poi perfezionato da Flavio Gioia che ne intravide un uso nautico e fu così adottato dagli Amalfitani nel XIV secolo. 

Asse terrestre ed asse magnetico
Premesso questo dobbiamo dare alcune definizioni ch eci serviranno come base per i nostri approfondimenti di navigazione. Iniziamo con l’asse terrestre, una linea immaginaria che congiunge i due poli geografici terrestri e attorno al quale la Terra compie il suo moto di rotazione. Sfortunatamente l’asse magnetico, che congiunge i due poli magnetici, non è coincidente con l’asse terrestre. Questo comporta che per poter correlare il polo nord magnetico con quello geografico va apportata una  correzione chiamata declinazione magnetica (d). 

Vediamo cosa comporta
Volendo mettere su una carta geografica una posizione, in assenza di altri strumenti, possiamo utilizzare l’intersezione di più rilevamenti angolari ottenuti con una bussola magnetica. Non coincidendo i due assi, dovremo per forza considerare il valore di declinazione magnetica d. Ogni carta nautica riporta una rosa graduata sulla carta. Nel cartiglio troviamo il valore di declinazione magnetica ad un certo anno specificando se tale valore aumenta o diminuisce col tempo. 

Il valore di declinazione magnetica d va sempre attualizzato, considerando che la correzione annua può essere positiva o negativa e il calcolo deve tenere conto dell’ultimo valore di riferimento calcolato in un anno di riferimento.

Ad esempio se trovate scritto:
Declinazione 1° 24′ Est (2004) con variazione annua 7′ Est significa che il valore di declinazione (d) dovrà essere aggiornato di 7′ verso Est per ogni anno dopo il 2004. 

Vediamo subito una applicazione nautica
Immaginiamo di prendere un rilevamento con la bussola (RLVm) di un punto noto sulla costa. Se lo mettessimo direttamente sulla carta geografica commetteremo un errore a causa della declinazione magnetica locale. 

@ disegno andrea mucedola

Per cui per ottenere il RLV  dovremo correggere il valore applicando questa formuletta:

RLV geografico = RLV magnetico  + d   dove d è il valore della declinazione magnetica attualizzato ovvero calcolato al momento dell’osservazione 

Va da se che quando parliamo di navigazione parleremo di Prore per cui avremo la Prora vera (PV), Prora magnetica (Pm) e Prora bussola (Pb).

Ma non è finita qui
Per completezza, essendo la bussola magnetica sensibile ai campi ferrosi circostanti, qualora si effettui la misura da un’imbarcazione in ferro, dovrete applicare anche un’altra correzione chiamata deviazione magnetica, che viene indicata con la lettera greca  δ.

Questi valori si ritrovano in tabelle specifiche calcolate per ogni imbarcazione, attraverso i giri di bussola. Essa viene determinata eseguendo i “giri di bussola“, ovvero dopo aver ormeggiato la nave  ad una boa viene misurata con precisione la differenza tra il valore della Prua magnetica conosciuta e l’indicazione della bussola. Alla fine viene compilata una tabellina simile a quella della figura a lato, in cui viene riportato il valore di Prua da mantenere per ottenere le prue magnetiche indicate Non vi preoccupate, ne parleremo un’altra volta; per ora sappiate che a bordo troverete queste tabelline che per ogni rilevamento vi daranno il valore di δ relativo da applicare per le correzioni. 

Prima di iniziare la vostra navigazione dovrete tracciare sulla carta la rotta vera (prora vera) che volete seguire. Dovendo trasformare la prora vera in prora bussola (dato che seguirete in realtà la bussola) dovrete applicare queste semplicissime formule. 

Pv= Pb+d+δ dove Pv è la rotta disegnata sulla carta nautica

Pb= Pv-d-δ   dove Pb è la rotta da seguire con la bussola di bordo

Semplice vero? Buon vento e buon mare.

A

Immagini in anteprima il campo magnetico terrestre fa da scudo alla superficie della Terra dalle particelle cariche del vento solare. È compresso dal lato del giorno (ovvero del Sole) a causa della forza delle particelle in avvicinamento, mentre è esteso dal lato della notte – autore NASA –
https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2007/10/The_Sun-Earth_connection File:Magnetosphere rendition.jpg – Wikimedia Commons

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Andrea Mucedola

ammiraglio della Marina Militare Italiana (riserva), è laureato in Scienze Marittime della Difesa presso l’Università di Pisa ed in Scienze Politiche cum laude all’Università di Trieste. Analista di Maritime Security, collabora con numerosi Centri di studi e analisi geopolitici italiani ed internazionali. È docente di cartografia e geodesia applicata ai rilievi in mare presso l’I.S.S.D.. Nel 2019, ha ricevuto il Tridente d’oro dell’Accademia delle Scienze e Tecniche Subacquee per la divulgazione della cultura del mare. Fa parte del Comitato scientifico della Fondazione Atlantide e della Scuola internazionale Subacquei scientifici (ISSD – AIOSS).

www.ocean4future.org

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