Il campo magnetico terrestre: il motore del nostro pianeta

La vita sulla Terra è possibile anche grazie alla presenza di un campo magnetico che la protegge dal letale vento solare, un flusso di particelle proveniente dal sole. Senza campo magnetico terrestre le particelle solari spazzerebbero via l’atmosfera terrestre, prosciugando fiumi e mari, rendendo la Terra arida e inospitale

di Lili Cafarella, Stefania Lepidi e Giovanna Lucia Piangiamore

Cos’è un campo magnetico? Come fa la Terra a generarne uno?

E’ questa una questione che ha affascinato e attratto intere generazioni di ricercatori e di scienziati.

Un campo magnetico è un campo di forze generato nello spazio circostante un magnete, una carica elettrica in movimento o un campo elettrico variabile nel tempo.

I magneti possono essere di materiali e forme diverse ma tutti, a causa della loro particolare struttura atomica, hanno due estremità di segno opposto, chiamate polo nord e polo sud. Ne abbiamo esperienza quando giochiamo con una calamita o con le barrette del gioco Geomag.

E’ facile sperimentare che un magnete esercita intorno a sé un’azione di attrazione o repulsione rispetto ad altri magneti. Se avviciniamo infatti due magneti, osserveremo che poli uguali si respingono, mentre poli opposti si attraggono, anche ad una certa distanza. L’ago di una bussola, in prossimità di un magnete, ne verrà irresistibilmente attratto. E’ questo il motivo per cui, in qualsiasi punto della superficie terrestre, sotto l’azione del campo magnetico terrestre, l’ago della bussola si orienta sempre verso una determinata posizione, il nord magnetico.

Dentro la Terra c’è dunque un grande magnete?

E’ una delle ipotesi formulate dagli antichi studiosi di questo affascinante fenomeno. Le teorie moderne però ci insegnano che non può essere un magnete il generatore del campo magnetico terrestre. All’interno del nostro pianeta infatti, già a poche decine di km di profondità, la temperatura delle rocce raggiunge il cosiddetto “punto di Curie”, la temperatura alla quale un magnete perde le sue proprietà e si smagnetizza. Cosa genera allora il campo magnetico terreste? Come nasce quello che possiamo considerare il motore del nostro pianeta? La sorgente di questo fenomeno non è ancora del tutto nota ma sicuramente va ricercata nelle profondità della Terra.

Al suo interno il nostro pianeta ha una struttura che ricorda la struttura di un uovo: ha una parte esterna, la buccia dell’uovo (crosta terrestre) molto sottile, al di sotto della quale c’è l’albume (il mantello terrestre) e il tuorlo (il nucleo). A sua volta il nucleo terrestre ha una parte interna solida e una parte più esterna, fluida.

La parte esterna del nucleo è composta principalmente da ferro e nichel. Sotto l’azione della rotazione terrestre e dei moti convettivi ascensionali generati dal calore proveniente dal nucleo interno, il nucleo esterno ha dei lenti movimenti a spirale; essi equivalgono a una corrente elettrica che produce un campo magnetico (elettrocalamita), che a sua volta induce una nuova corrente nel nucleo, che provoca un nuovo campo magnetico e così via. Il modello è detto dinamo ad autoeccitazione.

Che forma ha?

Il nostro campo magnetico nasce quindi oltre tremila chilometri sotto i nostri piedi e si estende per decine di migliaia di chilometri nello spazio. Lo possiamo immaginare come un guscio che circonda il nostro pianeta e lo possiamo rappresentare attraverso delle linee, dette linee di forza, che escono dal Polo Sud della Terra e rientrano nel Polo Nord.

Come tutti i campi magnetici, il campo magnetico terrestre è invisibile ma c’è, e fa sentire i suoi effetti tutto intorno a noi. Tutti i magneti, grandi o piccoli, che si trovano immersi nel campo magnetico terrestre ne subiscono l’influenza e tendono ad orientarsi lungo le sue linee di forza, attratti dai poli opposti.

Il campo magnetico terrestre varia nel tempo?

Il campo geomagnetico varia nel tempo, su scale temporali che vanno da qualche frazione di secondo a migliaia di anni. Le variazioni brevi e brevissime sono legate all’interazione con le particelle provenienti dal Sole e modificano il campo per un periodo limitato di tempo. Quelle lunghe sono dovute invece ai complessi movimenti del nucleo esterno fluido del pianeta. Questi cambiamenti lenti ma inesorabili sono responsabili del movimento dei poli geomagnetici (il polo nord magnetico si sta spostando a una velocità di circa 40 Km/anno!) e possono arrivare fino alla completa inversione di polarità del magnetismo terrestre; negli ultimi 170 milioni di anni si sono verificate circa 250 di queste inversioni.

Ma perché e per quale motivo il campo magnetico cambia? Esistono varie ipotesi, ma nessuna è davvero esauriente. La verità è che nessuno può scendere nel cuore della Terra. Possiamo solo limitarci a intuire quello che succede a quelle profondità, cercando di interpretare quello che è uno dei più grandi misteri della Geofisica.

In copertina: «Earthrise», una foto della Terra scattata dall’equipaggio dell’Apollo 8 nel 1968