CAMPO MAGNETICO TERRESTRE
La terra si comporta come un dipolo magnetico, ossia come una calamita, le cui linee di forza
generano attorno al pianeta un campo magnetico.
Il campo magnetico terrestre interagisce fortemente con il vento solare, fino al punto che, mentre
fino ad un'altezza di 20000 km il campo
magnetico è quasi esattamente quello di
un dipolo, oltre questa distanza diventa
asimmetrico, con le linee di forza
deformate dalla parte del Sole. Il
risultato complessivo è che il campo
magnetico risulta confinato in una
grande cavità detta magnetosfera. La
magnetosfera ha, grossolanamente, la
forma di una cometa con il "nucleo"
posto tra il Sole e la Terra e la "coda"
che si estende per oltre 100 raggi
terrestri lungo la congiungente SoleTerra.
La nomenclatura che definisce il polo magnetico Nord e quello Sud è solo una convenzione; infatti
le linee di forza del campo magnetico terrestre entrano nell'emisfero nord (emisfero boreale) ed
escono dall'emisfero sud (emisfero australe).
Dal punto di vista magnetico il polo Nord magnetico è quello posto in prossimità del Sud
geografico e viceversa: e l'ago Nord della bussola si orienta verso il polo di segno opposto. Per
comodità, però, il polo magnetico Sud della Terra (fisico) è stato chiamato polo magnetico Sud in
associazione a quello geografico, analogamente per il polo magnetico Nord.
Le ipotesi attuali sull'origine del campo geomagnetico sono orientate verso un modello simile alla
dinamo ad autoeccitazione (Fig.). Questa è
costituita da un disco di materiale buon conduttore
mantenuto in rotazione che, attraversato dalle linee
di forza di un campo magnetico, genera una
corrente elettrica che viene utilizzata per la
produzione ed il mantenimento del capo
magnetico stesso; l'impulso iniziale viene dato da
un campo magnetico esterno. Nella Terra il disco
buon conduttore in rotazione è rappresentato dal
nucleo esterno di ferro fuso, mantenuto in
movimento per la presenza di moti convettivi
dovuti al calore; il campo magnetico iniziale
necessario all'innesco è probabilmente dovuto
all'attraversamento, da parte della Terra, di qualche campo sporadico quando in essa erano già
presenti i moti convettivi del nucleo fuso.
Il magnetismo terrestre ha una notevole importanza per la vita sulla Terra: esso si estende per
svariate decine di migliaia di chilometri nello spazio formando una zona chiamata magnetosfera la
cui presenza genera una sorta di "scudo" elettromagnetico che devia i raggi cosmici e tutte le
particelle cariche riducendo la quantità che raggiunge il suolo dando origine alle fasce di Van Allen.
Variazioni del campo magnetico terrestre
Il campo magnetico terrestre non è costante nel tempo, ma subisce notevoli variazioni in direzione
ed intensità.
Queste variazioni hanno portato, nel corso delle ere geologiche, alla deriva dei poli magnetici ed a
ripetuti fenomeni di inversione del campo, con scambio dei poli magnetici Nord e Sud.
Magnetizzazione delle rocce
Esiste una temperatura, detta punto di Curie, dell'ordine di 500 °C, al di sopra della quale i materiali
magnetizzati perdono completamente la loro magnetizzazione. Ma quando la temperatura scende
sotto il punto di Curie alcuni minerali contenenti Fe e Mg si dispongono secondo il campo
magnetico presente al momento della loro formazione.
Per esempio quando una lava si espande in superficie e si raffredda, al suo interno si formano
numerosi cristalli di minerali.
Questi minerali sono dotati di particolare suscettibilità
magnetica infatti sono molto sensibili alla presenza del
campo magnetico terrestre che esiste in quel momento
e dalle cui linee di flusso sono attraversati, e vengono
magnetizzati per induzione; quando la temperatura di
quei minerali scende sotto il punto di Curie, la
magnetizzazione diviene stabile, e i minerali diventano
minuscole calamite permanenti, tutte con il loro
piccolo ma sensibile campo magnetico orientato nello
stesso modo, cioè parallelamente alla direzione del
campo geomagnetico che le ha prodotte e
immobilizzate nella roccia consolidata.
Qualcosa di analogo si verifica anche nelle rocce sedimentarie. Tra i granuli che i fiumi trasportano
al mare, molti sono magnetizzati (possiedono cioè un piccolo campo magnetico); questi ultimi,
mentre lentamente si decantano e scendono sul fondo del mare, a causa dell’influenza del campo
magnetico terrestre esistente in quel momento si comportano come minuscoli aghi di bussola e si
orientano statisticamente secondo tale campo. Quando i sedimenti si litificano, questi granuli
isorientati conferiscono alla nuova roccia una propria magnetizzazione stabile (che è la somma dei
piccoli ma numerosissimi campi magnetici associati ai singoli granuli).
Anche se il campo geomagnetico dovesse in seguito cambiare caratteristiche, o addirittura
annullarsi, la magnetizzazione delle rocce si conserverebbe inalterata per milioni di anni.
PALEOMAGNETISMO
Il paleomagnetismo consente lo studio del campo magnetico terrestre del passato. Questo è
possibile perché molte rocce conservano una magnetizzazione propria, indotta dal campo
geomagnetico esistente al momento della loro formazione.
L’analisi del paleomagnetismo di numerose rocce di varia età ha portato a sorprendenti scoperte.
Nel corso degli anni ’50 alcuni ricercatori inglesi osservarono che la direzione della
magnetizzazione conservata in rocce antiche era in genere diversa da quella del campo
geomagnetico attuale; anzi, a seconda dell’età della roccia esaminata, tale direzione risultava
diversa, come se il Polo Nord magnetico avesse occupato nel tempo posizioni differenti.
Il paleomagnetismo ha portato anche ad un’altra importante scoperta. In molte rocce di età recente
(formatesi cioè quando i continenti avevano raggiunto le posizioni attuali) la direzione di
magnetizzazione risulta esattamente opposta a quella del campo geomagnetico attuale, come se, al
momento della formazione delle rocce, il polo nord magnetico fosse al posto del polo sud, e
viceversa. Il fenomeno si osserva anche in rocce molto più antiche, il cui campo magnetico, oltre ad
indicare una posizione più o meno ruotata rispetto a quella attuale, rivela anche la presenza di
ripetute inversioni di polarità. La conclusione che ne è stata tratta indica che il campo magnetico
terrestre è passato alternativamente da normale, cioè orientato con il Polo nord come oggi, a
inverso.
Inversioni di polarità
Un particolare aspetto del paleomagnetismo, riguarda le inversioni del campo geomagnetico,
riconosciute per la prima volta quando a seguito dell’analisi delle colate laviche degli ultimi cinque
milioni di anni si riscontrò direzioni del campo paleomagnetico divergenti di 180°.
Irregolarmente, ma circa ogni mezzo milione di anni, il campo magnetico della Terra cambia
polarità (il polo nord diventa polo sud e viceversa), impiegando qualche migliaio di anni ad
invertire la propria direzione. Successivamente, usando vari metodi di datazione, si è potuto
stabilire che queste inversioni si succedono con lo stesso ordine cronologico, anche in zone assai
distanti tra loro e si è ricostruita la storia delle inversioni negli ultimi 5 – 7 milioni di anni.
Si è così trovato che circa la metà di
tutte le rocce studiate hanno
magnetizzazioni opposte a quella
dell’attuale campo magnetico della
Terra. Questo implica che il campo
magnetico si è “ribaltato”, da
normale ad inverso piuttosto
frequentemente nel passato geologico
e che campi magnetici normali o
inversi sono ugualmente probabili.
I periodi più lunghi, dell’ordine del
mezzo milione di anni, sono chiamati
epoche magnetiche, ognuna con un
nome di un famoso scienziato del
paleomagnetismo. Ma durante le
epoche si registrano anche brevi
inversioni dette eventi magnetici che possono durare dai 10.000 ai 100.000 anni.
Quale sia la causa delle inversioni del campo magnetico terrestre è ancora un mistero. Un'ipotesi è
quella di attribuire questo fenomeno a delle correnti convettive a largo raggio che si
svilupperebbero in periodi diversi nel nucleo esterno della Terra. Sul perché e sul come questo
avvenga non esiste il più piccolo dato.
