Inversione dei poli magnetici terrestri, come avviene?

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L'inversione dei poli magnetici terrestri

Apocalisse o evento naturale? L’inversione del campo magnetico terrestre si è già verificata diverse volte nel corso della storia del nostro pianeta.
E se accadesse oggi e in modo rapido? Le sue conseguenze sulle società tecnologicamente avanzate potrebbero portare allo stato di caos...

Il Nord è veramente a Nord? Non necessariamente, il Nord potrebbe essere al Sud. Oggi gli scienziati dicono che è solo una questione di tempo e che un giorno potremmo essere colpiti da una sorta di caos magnetico tale da determinare una inversione dei poli magnetici.
Alla distanza di circa 150 milioni di chilometri dal Sole, la Terra è circondata da uno scudo magnetico, una specie di ombrello spaziale costituito dalle tante linee di forza del campo magnetico terrestre, che protegge il pianeta dalla radiazione solare. Il campo magnetico terrestre, o campo geomagnetico, è un fenomeno naturale, comune anche ad altri pianeti ed è soprattutto presente nel Sole.
La Terra si comporta come se al suo centro vi fosse una calamita a forma di sbarra, cioè una sorta di dipolo magnetico, il cui asse è leggermente inclinato di circa 11° rispetto all'asse di rotazione terrestre.

Poli magnetici e poli geografici
I poli magnetici non coincidono con quelli geografici. E’ importante sottolineare il fatto che la definizione che diamo di polo magnetico Nord e Sud è solo una convenzione. Di fatto, il polo Nord magnetico si trova al Sud geografico e viceversa. L’ago della bussola non può indicare un polo della stessa polarità, perciò è stato scelto che il polo magnetico Sud, cioè quello fisico, sia chiamato polo Nord magnetico in analogia con il Nord geografico. Attualmente, il polo Nord magnetico è localizzato al largo della costa occidentale dell’isola di Bathurst, nelle regioni canadesi a circa 1.300 km a Nord-Ovest della baia di Hudson, mentre il polo Sud magnetico è situato al margine del continente antartico nella Terra di Adélie.
Sappiamo inoltre che il campo magnetico terrestre non è costante nel tempo ma è dinamico e attivo e subisce variazioni in termini di direzione e d’ntensità. Le misure hanno, di fatto, dimostrato, che le posizioni dei poli non si trovano esattamente in quelle relative ai punti cardinali geografici che si spostano con la rotazione del pianeta. Ad esempio, il polo Nord magnetico si sposta continuamente intorno al polo Nord geografico e oscilla di circa 10 km al giorno per via delle interazioni con lo strato ionizzato dell’atmosfera.

Un po’ di storia
L’origine del campo magnetico terrestre ha occupato le più grandi menti scientifiche. La prima ipotesi fu formulata circa nel 1200 da Pietro Peregrino di Maricourt, il quale, per spiegare l’orientamento verso Nord di un ago magnetico, immaginò che al polo vi fossero grandi giacimenti di magnetite. Quattro secoli dopo, William Gilbert, che eseguì una serie di esperimenti sui magneti, sostenne che l’intero pianeta fosse un gigantesco magnete. Solo successivamente si capì che ciò non era vero in quanto la temperatura all’interno del pianeta non consente a nessuna sostanza di mantenersi magnetizzata. Quando nel XVII secolo si scoprì che un campo magnetico può essere prodotto da una corrente elettrica, si ipotizzò che il campo magnetico terrestre fosse generato da correnti prodotte nello stesso strato di ferro fuso che avvolge il nucleo solido del pianeta, attraverso un meccanismo detto di geodinamo, ipotesi che venne ripresa più tardi intorno agli anni ’50 da Edward Bullard. Anche lo stesso Einstein, a metà degli anni ’20, considerava il geomagnetismo uno dei grandi misteri della fisica moderna.

Uova sode e campi magnetici
Oggi i geofisici ritengono che il campo di forze si origini dal nucleo terrestre. Essi ritengono che l’interno della Terra si comporti come una enorme dinamo che trasforma l’energia meccanica del fluido in movimento in energia magnetica. Per raffigurare la struttura della Terra prendiamo, ad esempio, la sezione di un uovo sodo, dove il guscio rappresenta la sottile crosta terrestre, il bianco dell’uovo rappresenta il mantello e il tuorlo rappresenta invece il nucleo. Si pensa che una parte del nucleo sia formata da ferro allo stato liquido mantenuto in movimento da correnti termiche e dalla rotazione terrestre. Come la dinamo di un generatore elettrico, questo ferro in movimento crea immense correnti elettriche e un enorme campo di forza magnetica che insieme avvolgono la Terra e si propagano nello spazio. Ogni tanto, le turbolenze che si creano nel flusso delle linee di forza fanno spostare i poli. Infatti, gli scienziati avevano notato che in alcuni esperimenti con la bussola si osservava l’ago spostarsi di circa 6 o 7 gradi a Est rispetto alla direzione del Nord effettivo. I dati registrati nel corso dei secoli ci dicono che, ad esempio, all'inizio del XVII secolo l'ago della bussola puntava a circa 11 gradi a Est del polo Nord geografico, nel 1643 la deviazione era di quattro gradi a Est, nel 1650 per un breve periodo i poli magnetici e geografici coincisero, nel 1666 l’ago della bussola puntava sul Nord effettivo e nei primi anni del XIX secolo ci fu una oscillazione dell’ago ad Ovest di circa 18 gradi sempre rispetto al Nord effettivo. Oggi l’ago punta a circa 5 gradi ad Ovest. Queste misure sono un’indicazione del fatto che il campo magnetico si sta indebolendo e, forse, i poli stanno per invertire la loro posizione come hanno già fatto in passato.

Inversione imminente?
L’indebolimento del campo magnetico terrestre non comporta necessariamente la sua prossima inversione. Grazie a modelli matematici che riproducono le linee di forza del campo magnetico terrestre, alcuni ricercatori hanno simulato la struttura interna della Terra e le interazioni tra i fluidi conduttivi e il campo magnetico misurando le variazioni di temperatura e dei movimenti interni del profondo strato di metallo liquido in cui si genera il campo magnetico per verificare quali conseguenze potrebbero presentarsi. Essi hanno scoperto che il nucleo interno, cioè il nucleo solido sotto quello fluido, sta ruotando in modo leggermente più veloce rispetto alla superficie della Terra. Studi sismici dell’interno del pianeta confermano il modello, ma di recente gli scienziati sono rimasti sorpresi quando hanno osservato sul grafico uno spostamento dei poli. Nella simulazione da essi effettuata ci si aspettava semplicemente un campo magnetico, simile a quello terrestre, ma vedere il modello che da solo generava una inversione dei poli, senza applicare delle modifiche, è stato veramente eccezionale. Queste inversioni richiedono alcune migliaia di anni per completarsi e, a differenza di quello che si pensava, non comportano l’azzeramento del campo magnetico ma una sua modifica. Infatti, durante le inversioni dei poli il campo magnetico non scompare ma modifica la sua struttura e diventa più complesso. Le sue linee di forza in prossimità della superficie terrestre si intrecciano e i poli magnetici si spostano prima di completare l’inversione. Un polo magnetico Sud potrebbe comparire in Africa, per esempio, o un polo Nord a Tahiti. Comunque sia, il campo magnetico rimane sempre presente.
Bussole nella lava
Il modello simulato dagli scienziati in laboratorio assomiglia al campo registrato nell’analisi paleomagnetica. Di fatto, la prova di una tale inversione magnetica ci viene dalle rocce vulcaniche. Quando esse si raffreddano, le minuscole particelle magnetiche interne, che contengono tipicamente ossido di ferro, si allineano con il campo magnetico della Terra, come se bloccassero l’ago di una bussola nella pietra in attesa che i loro segreti, per così dire, vengano svelati dai geologi. Perciò, esaminando il magnetismo degli strati di lava che si sono depositati e raffreddati in epoche diverse, è stato possibile ricostruire l’andamento nel tempo del campo magnetico del pianeta. Ma all’inizio del secolo, gli scienziati scoprirono che alcune rocce avevano delle caratteristiche peculiari. Le loro bussole, congelate nel tempo, puntavano a Sud invece che a Nord. La risposta a questa stranezza si trovava sul fondale oceanico. A partire dalla fine degli anni ’50, i geologi cominciarono a studiare sistematicamente il magnetismo delle rocce nelle profondità. Le rocce raccolte vicino alle faglie oceaniche mostrarono la presenza di bande alternanti di magnetismo lungo la spaccatura della crosta terrestre. Questo poteva significare che il campo magnetico si interrompeva periodicamente e cambiava di polarità quando nuove rocce venivano eruttate dalla faglia. Secondo lo schema degli eventi che si sono susseguiti negli ultimi 40 milioni di anni, la prossima inversione sarebbe già in ritardo di 530 mila anni. Considerata però la lentezza del cambiamento, avremo probabilmente tutto il tempo per affrontarla anche se una nuova scoperta potrebbe far crollare questa ipotesi. Infatti, un gruppo di geologi americani ha eseguito delle ricerche su alcune rocce vulcaniche vecchie di circa 16 milioni di anni, in particolare su un vulcano nelle Steens Mountain, nello stato dell’Oregon. Le misure effettuate su queste rocce indicano una variazione del campo magnetico più veloce rispetto alla media prevista in precedenza. E’ stato osservato che il campo cambia in modo imprevedibile, anche di alcuni gradi al giorno, man mano che la lava si raffredda. In altre parole, i poli possono spostarsi così rapidamente, durante un’inversione, che potremmo quasi vedere l’ago della bussola muoversi.

Nell’era caos magnetico
Negli ultimi anni, l’interesse per lo studio del campo magnetico terrestre è cresciuto al punto che l’Agenzia Spaziale Europea ha istituito il programma scientifico Swarm, che prevede la messa in orbita di tre satelliti per lo studio del geomagnetismo e dei suoi effetti sugli esseri viventi. Secondo alcuni scienziati, il fenomeno dell’inversione dei poli potrebbe causare un indebolimento dello scudo protettivo contro la radiazione solare determinando un assottigliamento dello strato di ozono e una maggiore penetrazione delle radiazioni ultraviolette, con un conseguente aumento delle malattie tumorali per gli esseri umani. Non solo, ma il fenomeno potrebbe avere anche effetti sugli animali, come le balene o alcune specie di uccelli, che si affidano, per così dire, al campo magnetico per orientarsi. C’è da dire che mentre una parte della comunità scientifica appare più ottimista, alcuni ricercatori sembrano ipotizzare una possibile inversione del campo magnetico anche in tempi relativamente brevi. Le rocce indicano che il campo si è indebolito negli ultimi 2.000 anni confermando che il declino verso il caos magnetico potrebbe essere già iniziato. Se questo è vero, tra 1.400 anni potremmo trovarci al punto zero, ossia al centro del processo che determinerà una nuova inversione dei poli, diciamo intorno all’anno 3.400 circa.

Verso l’apocalisse
Se l’inversione si verificasse in modo rapido, il mondo moderno ne verrebbe capovolto. Nelle peggiori delle ipotesi, le tempeste solari causerebbero black-out elettrici paralizzando le metropoli. La Terra potrebbe essere bombardata dalla radiazione solare, con un’energia equivalente ad alcuni miliardi di bombe di Hiroshima, accompagnata da onde di magnetismo. Una tempesta solare causerebbe forti fluttuazioni nelle linee di forza del campo magnetico terrestre, distruggendo le comunicazioni radio e televisive, i sistemi di navigazione, sovraccaricando le linee telefoniche ed elettriche, mettendo fuori uso le centrali elettriche.
Antico come la Terra, il campo magnetico costituisce una sorta di ombrello spaziale che aiuta il pianeta a difendersi mantenendo uno strato protettivo. Tuttavia, di tanto in tanto interrompe il suo flusso e subisce un’inversione i cui effetti possono essere disastrosi per gli esseri viventi. Il prossimo caos magnetico potrebbe essere già cominciato e diventare così una costante nella vita degli esseri viventi.


Il fenomeno dell’inversione dei poli potrebbe causare un indebolimento dello scudo protettivo contro la radiazione solare determinando un assottigliamento dello strato di ozono e una maggiore penetrazione delle radiazioni ultraviolette


Scritto da: Corrado Ruscica
Laureato in Astronomia all'Università di Bologna. Ha vinto la borsa di studio per il dottorato di ricerca in Astronomia presso l'Università di Milano. Si occupa di divulgazione scientifica, collabora col planetario di Milano e con varie riviste online (Le Scienze Web News, Scienzaonline, UAI) oltre che con riviste stampate come ModusVivendi.
Il suo blog, Astronomica Mentis (http://astronomicamentis.blogosfere.it), è dedicato agli scienziati e delle loro idee sull’Universo, e affronta temi di cosmologia, astrofisica, astrobiologia e fisica delle particelle.

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