È stato a lungo un mistero quanto velocemente il campo magnetico terrestre cambi. Andrey VP / Shutterstock
Il campo magnetico terrestre, generato 3,000 km sotto i nostri piedi nel nucleo di ferro liquido, è di fondamentale importanza per la vita sul nostro pianeta. Si estende nello spazio, avvolgendoci in una coperta elettromagnetica che protegge l'atmosfera e i satelliti dalle radiazioni solari.
Eppure il campo magnetico è per proporre ai nostri visitatori sia nella sua forza che nella sua direzione e ha subito alcuni cambiamenti drammatici in passato. Ciò comprende inversioni enigmatiche dei poli magnetici, con il polo sud che diventa il polo nord e viceversa.
Una domanda di vecchia data è stata la velocità con cui il campo può cambiare. Il nostro nuovo studio, pubblicato su Nature Communications, ha scoperto alcune risposte.
I rapidi cambiamenti del campo magnetico sono di grande interesse perché rappresentano il comportamento più estremo dell'oceano di ferro fuso nel nucleo liquido. Legando i cambiamenti osservati ai processi fondamentali, possiamo apprendere importanti informazioni su una regione altrimenti inaccessibile del nostro pianeta.
Storicamente, i cambiamenti più rapidi nel campo magnetico terrestre sono stati associato a inversioni, che si verificano a intervalli irregolari alcune volte ogni milione di anni. Ma abbiamo scoperto cambiamenti di campo che sono molto più veloci e più recenti di tutti i dati associati alle inversioni effettive.
Inversione magnetica. NASA.
Oggi i satelliti aiutano a monitorare i cambiamenti nel campo sia nello spazio che nel tempo, integrati da registri di navigazione e osservatori terrestri. Questa informazione rivela che i cambiamenti nel campo moderno sono piuttosto gravosi, circa un decimo di grado all'anno. Ma, mentre sappiamo che il campo è esistito per almeno 3.5 miliardi di anni, non sappiamo molto del suo comportamento prima di 400 anni fa.
Per tracciare il campo antico, gli scienziati analizzano il magnetismo registrato da sedimenti, flussi di lava e manufatti creati dall'uomo. Questo perché questi materiali contengono microscopici granuli magnetici che registrano la firma del campo terrestre nel momento in cui si sono raffreddati (per lava) o sono stati aggiunti alla massa terrestre (per sedimenti). Record di sedimenti dall'Italia centrale nel periodo dell'ultima inversione di polarità quasi 800,000 anni fa suggerire cambiamenti di campo relativamente rapidi raggiungendo un grado all'anno.
Tali misurazioni, tuttavia, sono estremamente impegnative, con risultati ancora in discussione. Ad esempio, ci sono incertezze nel processo attraverso il quale i sedimenti acquisiscono il loro magnetismo.
Misure migliorate
La nostra ricerca adotta un approccio diverso utilizzando modelli di computer basati sulla fisica del processo di generazione del campo. Questo è combinato con una ricostruzione recentemente pubblicata delle variazioni globali del campo magnetico terrestre che attraversano gli ultimi 100,000 anni, sulla base di una raccolta di misurazioni da sedimenti, lava e manufatti.
Ciò dimostra che i cambiamenti nella direzione del campo magnetico terrestre hanno raggiunto velocità fino a dieci gradi all'anno, dieci volte più grandi delle variazioni più veloci attualmente riportate.
I cambiamenti più rapidi osservati nella direzione del campo geomagnetico si sono verificati circa 39,000 anni fa. Questo spostamento era associato a un campo localmente debole in una regione confinata appena al largo della costa occidentale dell'America centrale. L'evento ha seguito il globale "Escursione a Laschamp"- una" inversione fallita "del campo magnetico terrestre circa 41,000 anni fa, in cui i poli magnetici si spostarono brevemente lontano dai poli geografici prima di ritornare.
I cambiamenti più rapidi sembrano associati all'indebolimento locale del campo magnetico. Il nostro modello suggerisce che questo è causato dal movimento di chiazze di intenso campo magnetico attraverso la superficie del nucleo liquido. Queste patch sono più diffuse alle latitudini più basse, suggerendo che le future ricerche di rapidi cambiamenti di direzione dovrebbero concentrarsi su queste aree.
L'impatto della società
I cambiamenti nel campo magnetico, come le inversioni, probabilmente non rappresentano una minaccia per la vita. Gli umani sono riusciti a vivere la drammatica escursione di Laschamp. Oggi, la minaccia è principalmente dovuta alla nostra dipendenza dalle infrastrutture elettroniche. Eventi meteorologici spaziali come tempeste geomagnetiche, derivanti dall'interazione tra il campo magnetico e la radiazione solare in entrata, potrebbero interrompere le comunicazioni satellitari, il GPS e le reti elettriche.
Ciò è preoccupante: il costo economico di un crollo della rete elettrica americana a causa di un evento spazio-meteo è stato stimato a circa un trilione di dollari. La minaccia è abbastanza grave da far apparire il tempo spaziale come a priorità alta sul registro dei rischi nazionale del Regno Unito.
Gli eventi meteorologici spaziali tendono ad essere più diffusi nelle regioni in cui il campo magnetico è debole - qualcosa che sappiamo può accadere quando il campo sta cambiando rapidamente. Sfortunatamente, le simulazioni al computer suggeriscono che i cambiamenti direzionali sorgono dopo che l'intensità del campo inizia a indebolirsi, il che significa che non possiamo prevedere cali dell'intensità del campo semplicemente monitorando la direzione del campo. Il lavoro futuro che utilizza simulazioni più avanzate può far luce su questo problema.
Sta arrivando un altro rapido cambiamento nel campo magnetico? È molto difficile rispondere. I cambiamenti più rapidi sono anche gli eventi più rari: ad esempio, i cambiamenti identificati attorno all'escursione di Laschamp sono due volte più veloci di qualsiasi altro cambiamento avvenuto negli ultimi 100,000 anni.
Ciò rende difficile per gli scienziati prevedere rapidi cambiamenti: sono "eventi del cigno nero" che sorprendono e hanno un grande impatto. Una possibile strada da percorrere è quella di utilizzare modelli basati sulla fisica di come il campo si comporta come parte della previsione.
Abbiamo ancora molto da imparare sul "limite di velocità" del campo magnetico terrestre. Rapidi cambiamenti non sono stati ancora osservati direttamente durante un'inversione di polarità, ma dovrebbero essere previsti dal momento che si ritiene che il campo diventi globalmente debole in questi momenti.
L'autore
Christopher Davies, professore associato, Università di Leeds
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.
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