Il Campo magnetico terrestre

Il campo geomagnetico, anche se simile, per la sua forma, a quello di una calamita rettilinea, non si può spiegare con la presenza all’interno della Terra di una gigantesca barra magnetica. In quest’ultimo caso, infatti, il campo è dipolare (presenta, cioè, due poli verso i quali confluiscono tutte le linee di flusso), mentre il campo geomagnetico si può definire solo prevalentemente dipolare, poiché, rispetto all’andamento dipolare teorico, presenta alcuni evidenti scostamenti.

Inoltre, al di sopra di una certa temperatura critica, detta punto di Curie, i materiali magnetici perdono il loro magnetismo permanente e tale temperatura è dell’ordine di 500 °C, molto più bassa, quindi, delle temperature presenti all’interno della Terra. Esclusa perciò la presenza di un qualcosa di analogo a un magnete permanente, le ipotesi sull’origine del campo geomagnetico si sono orientate verso un modello simile a quello delle dinamo ad autoeccitazione, come quelle in uso nelle centrali elettriche. Nelle centrali elettriche, l’energia per continuare a far funzionare il campo magnetico (e per la distribuzione agli utenti) proviene dal lavoro meccanico per tenere in rotazione la bobina, in genere fornito da vapore in pressione o da acqua in caduta. Nel caso della Terra, il materiale conduttore in movimento viene individuato nel nucleo esterno in metallo fuso, «agitato» da movimenti convettivi come quelli del mantello, ma molto più veloci . Per l’innesco della «geodinamo» basta che il nostro pianeta abbia attraversato occasionalmente qualche campo magnetico sporadico, probabilmente di origine solare, mentre erano già in atto i moti convettivi. Da quel momento, finché ci sarà una fonte di energia per mantenere in movimento il materiale fluido – analogo al disco tenuto in rotazione dalla dinamo –, il nucleo può continuare a mantenere attivo un campo magnetico. Qualunque ne sia l’origine, la conoscenza del campo geomagnetico ha aperto prospettive inaspettate con la scoperta del paleomagnetismo, che consente lo studio del campo magnetico terrestre del passato. Molte rocce, infatti, conservano una propria magnetizzazione, indotta dal campo geomagnetico al momento della loro formazione. La datazione di rocce di varie età e la misura del loro magnetismo ha permesso di scoprire che il campo geomagnetico esiste da almeno 3,5 miliardi di anni.

La scoperta più interessante è stata che la direzione della magnetizzazione conservata in rocce antiche è in genere diversa da quella del campo geomagnetico attuale; anzi, tale direzione cambia a seconda dell’età della roccia esaminata, come se il Polo nord magnetico avesse occupato nel tempo posizioni differenti. Ma l’ipotesi che i poli magnetici della Terra siano «migrati» nel tempo si scontra con un’altra constatazione: per una stessa età, rocce di continenti diversi indicano una diversa posizione del polo magnetico. Tale contraddizione si supera con un radicale mutamento di prospettiva. Non sono stati i poli magnetici a spostarsi, ma sono stati i continenti a muoversi, scivolando e ruotando lentamente sulla superficie terrestre, mentre i poli magnetici sono rimasti sempre all’incirca nella posizione attuale rispetto all’asse di rotazione della Terra. Di conseguenza, le rocce hanno cambiato posizione e orientamento nel tempo e con esse si è spostato, quando era presente, anche il loro campo magnetico fossile.

Il paleomagnetismo ha portato anche a 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 di quelle 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 a indicare una direzione 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.

Fig. 4. Linee di forza del campo magnetico terrestre.