Il campo magnetico terrestre

La Terra è circondata da un grande campo magnetico da essa stessa generato, che ha una funzione importatissima. Viene spesso confuso con la magnetosfera, ma in realtà non sono popriamente la stessa cosa.

Magnetosphere_rendition

In realtà il termine corretto è campo geomagnetico, che si riferisce a quello che circonda la Terra. La magnetosfera invece è la regione di spazio intorno a un corpo celeste nella quale sono predominanti gli effetti del suo campo magnetico, nel caso della Terra è una vasta bolla di spazio con un raggio pari a circa 10 volte quello terrestre (dove il raggio della Terra è di 6.378 chilometri).

Un magnete grande quanto un pianeta

Il campo è generato dal nucleo metallico del pianeta, anche se il meccanismo esatto non è stato ancora chiarito con certezza. In pratica esso è il risultato dell’interazione tra il nucleo esterno (una lega fluida di ferro e nichel) e del nucleo interno (una sfera solida della stessa metallo) come una dinamo ad autoeccitazione, cioè una dinamo che produce da sé l’elettricità che alimenta il campo magnetico che genera sua volta la corrente erogata dalla dinamo. Non può trattarsi di un magnete permanente come quello delle classiche calamite, perché il nucleo ha una temperatura maggiore del punto di Curie, ossia la temperatura oltre la quale i materiali magnetici perdono le loro qualità. Ovviamente non si tratta di un “moto perpetuo”, dato che esso è del tutto impossibile: la generazione del campo magnetico consuma l’energia presente nel nucleo terrestre. Si ritiene che il campo geomagnetico si sia formato circa 4 miliardi di anni fa, forse innescato da quello del Sole. La Terra non è l’unica ad avere una magnetosfera, ne sono dotati anche il Sole e molti pianeti del Sistema Solare, come per esempio Giove.

Qualunque sia il processo esatto che lo genera, il risultato è un campo magnetico assimilabile a quello di una barra magnetica lunga come il diametro della Terra. Tuttavia l’asse del campo è inclinato di 11°18’00”, quindi i poli magnetici non coincidono con quelli geografici ma sono sfalsati di centinaia di chilometri. L’effetto più evidente del campo geomagnetico è quello che induce l’ago delle bussone ad allinearsi lungo l’asse nord-sud, ma in realtà l’allineamento è spostato proprio per la non coincidenza dei poli magnetici con quelli geografici, tuttavia quando ci si trova a grande distanza questa differenza è trascurabile (esistono delle procedure matematiche da applicare ai calcoli delle coordinate geografiche per compensare la differenza).

Sebbene sia molto esteso nello spazio, il valore della sua intensità non è particolarmente elevato: infatti in media il campo geomagnetico è pari a 20.000 nT (nano-Tesla) all’equatore e 70.000 ai poli. Basti pensare che il campo magnetico di una comune macchina ospedaliera per la risonanza magnetica può variare tra 1,5 e 3 T, quindi valori miloni di volte maggiori, anche se questi campi sono molto limitati nello spazio. I campi magnetici più forti presenti sulla Terra sono quelli generati dai magneti superconduttori del LHC del CERN, che arrivano a un’intensità di 16,2 T.

Le aurore polari

Aurora Borealis in Alaska

In realtà il campo magnetico ha una funzione molto più importante e fondamentale per la nostra sopravvivenza: costituisce di fatto uno scudo contro il vento solare, un flusso di particelle che viene costamente emesso dalla nostra stella e formato prevalentemente da particelle cariche come elettroni (di carica negativa) e protoni (di carica positiva). Scherma il pianeta anche dai raggi cosmici, una radiazione proveniente dallo spazio profondo che può essere generata da fenomeni violenti come le esplosioni stellari. La funzione di schermatura è evidente oltrepassando i circoli polari del nostro pianeta, infatti le meravigliose aurore polari (quella boreale del polo nord e quella australe del polo sud) sono generate dalle interazioni tra l’atmosfera terrestre e una parte delle particelle del vento solare (che vengono risucchiate in prossimità dei poli magnetici) con gli atomi della ionosgfera al contatto. La luce colorata è emessa dagli atomi quando si diseccitano, riemettendo l’energia ricevuta dal vento solare.

Aurora Australis fotografata da un satellite NASA nel 2005

Lo “scudo magnetico” della Terra

La schermatura è fondamentale per la vita sulla Terra, se non ci fosse il vento solare avrebbe soffiato via l’atmosfera della Terra e i raggi cosmici avrebbero impedito lo sviluppo della vita. Si può concludere che senza campo geomagnetico noi non esisteremmo affatto. Schermare le radiazioni è un’esigenza fondamentale anche per intraprendere missioni spaziali, infatti qualunque missione con equipaggio umano verso Marte non sarà possibile finché sarà sviluppata una schermatura sicura. Per le missioni lunari invece non servirono particolari precauzioni, dato che la Luna si trova all’interno della magnetosfera terrestre e quindi gli effetti di schermatura sono ancora presenti anche se più bassi. Infatti gli astronauti delle missioni Apollo furono sottoposti a radiazioni paragonabili a quelle di circa 20 radiografie, quindi una dose non letale nell’immediato.

L’inversioni dei poli e la magnetostratigrafia

Nel corso dei millenni la polarità del campo si è inverita molte volte senza una regolarità, anzi in maniera piuttosto casuale. In rete si trovano teorie piuttosto fantasiose che collegano le inversioni di polarità a catastrofi di varia natura, ma in realtà non ci sono prove che esse causino problemi. Addirittura nessuna inversione è correlata con le estinzioni di massa.

Tuttavia le inversioni polari hanno una sorpredente utilità pratica: le rocce possono essere magnetizzate e tendono a mantenere la polarità magnetica presente nel momento della loro formazione come un campo magnetico latente, debole ma misurabile. Questo effetto permette di costruire una scala temporale osservando la polarità magnetica delle rocce, che può essere usata per datare le rocce o i fossili contenuti al loro interno.

Esempio della scala temporale elaborata per mezzo del paleomagnetismo

Il tempo è stato diviso in epoche magnetiche chiamate croni, evidenziati in bianco e in nero. Notare che all’interno dei croni ci sono delle epoche inverse più brevi, normalmente di durata inferiore ai 30.000 anni e chimate subcroni, nelle quali la polarità magnetica è inversa a quella del periodo principale.

Quando avverrà la prossima inversione? Non si può sapere con certezza perché le inversioni non mostrano alcuna periodicità, addirittura non sono noti il meccanismo che fa invertire i poli e nemmeno il motivo per cui ciò avvenga. Si sa però che prima di un’inversione l’intensità del campo inizia a calare ed effettivamente ciò sta avvenendo in questo momento, quindi è piuttosto probabile che la prossima inversione sia piuttosto vicina, forse di qualche secolo. Ma non c’è da preoccuparsi: tutto il materiale allarmistico sulle inversioni che si può trovare in rete o sui media è assolutamente privo di fondamento, potremmo definirlo tranquillamente “fuffa”.