Il campo magnetico della Terra è una delle forze invisibili più determinanti per la sopravvivenza dell’umanità e di molte altre forme di vita sul pianeta. Senza questa barriera naturale che filtra le radiazioni cosmiche e respinge il vento solare, il nostro pianeta rischierebbe di perdere gran parte dell’atmosfera, trasformandosi in un ambiente ostile, paragonabile a quello di Marte. Inoltre, le fluttuazioni di questa protezione invisibile possono provocare blackout nei sistemi elettrici, malfunzionamenti nei satelliti e disagi ai sistemi di comunicazione globale. Comprendere l’origine e il comportamento di questo scudo naturale consente di apprezzarne l’importanza e di monitorarne le possibili variazioni.
Da cosa nasce il campo magnetico della Terra
Le origini del campo magnetico terrestre affondano nelle profondità del pianeta, dove processi geologici complessi generano questa forza protettiva. Nonostante l’essere umano abbia esplorato solo i primi chilometri della crosta terrestre – il foro più profondo, scavato in Russia nella Penisola di Kola, ha raggiunto 12 chilometri – la struttura interna della Terra è stata studiata grazie alle onde sismiche prodotte dai terremoti. Questi impulsi viaggiano attraverso il sottosuolo e, analizzando le loro variazioni di velocità e direzione, gli scienziati hanno ricostruito la suddivisione interna del pianeta.
La crosta terrestre, composta da rocce solide, varia in spessore da 8 a 65 chilometri, a seconda che ci si trovi sotto gli oceani o sotto i continenti. Al di sotto si estende il mantello, una massa rocciosa semifluida che raggiunge una profondità di circa 2.900 chilometri. Sotto il mantello si trova il nucleo esterno, uno strato di metalli fusi spesso circa 2.200 chilometri, principalmente costituito da ferro e nichel. Infine, al centro della Terra si trova il nucleo interno, una sfera solida dal diametro di 2.440 chilometri, composta prevalentemente dagli stessi elementi metallici.
È proprio il nucleo esterno a giocare un ruolo chiave nella generazione del campo magnetico. Qui il ferro liquido e il nichel fuso sono mossi da violenti moti convettivi causati dal calore irradiato dal nucleo interno, che supera i 5.000 gradi Celsius. Questi movimenti creano correnti elettriche nel metallo fluido, generando il campo magnetico terrestre attraverso un processo noto come geodinamo.
Il processo della geodinamo e l’autoalimentazione del magnetismo
Il funzionamento della geodinamo si basa sulla stretta relazione tra correnti elettriche e campi magnetici. Quando il metallo liquido conduce elettricità in movimento, produce un campo magnetico. A sua volta, il campo magnetico in evoluzione induce ulteriori correnti elettriche nel metallo fuso, alimentando un ciclo continuo e auto-sostenuto. Questo meccanismo fu proposto dal fisico Walter Elsasser e ricevette il plauso di Albert Einstein, che, nonostante fosse noto per il suo rigore scientifico, riconobbe la complessità ma plausibilità del modello.
Le correnti convettive, unite all’effetto della rotazione terrestre – noto come effetto Coriolis – fanno sì che il campo magnetico si allinei approssimativamente con l’asse di rotazione del pianeta, facendo coincidere, seppur non perfettamente, i poli magnetici con i poli geografici.
Perché il polo nord magnetico si sposta e la polarità si inverte
Benché il campo magnetico terrestre sia generalmente stabile su scala temporale umana, non è fisso. Il polo nord magnetico si muove continuamente: negli ultimi decenni ha accelerato il suo spostamento dal Canada verso la Siberia, percorrendo circa 50 chilometri all’anno. Questo fenomeno è attribuibile alle variazioni nei moti del nucleo esterno.
Inoltre, la polarità magnetica si è invertita molte volte nella storia del pianeta. Durante un’inversione, il nord magnetico e il sud magnetico scambiano le loro posizioni. Questi eventi non seguono uno schema regolare: possono verificarsi dopo 10.000 anni oppure dopo decine di milioni di anni. L’ultima inversione, conosciuta come inversione di Brunhes-Matuyama, risale a circa 780.000 anni fa.
Queste inversioni vengono rilevate grazie alle rocce vulcaniche. Quando il magma si raffredda, i minerali ferromagnetici al suo interno si allineano con il campo magnetico esistente. Analizzando l’orientamento magnetico di antiche formazioni rocciose, i geologi hanno ricostruito la storia del campo magnetico terrestre.
Il calo di intensità e il rischio di indebolimento
Negli ultimi due secoli, da quando le misurazioni sistematiche hanno avuto inizio negli anni 1830, l’intensità del campo magnetico terrestre è diminuita di circa il 10%. Questo calo ha portato alcuni studiosi a ipotizzare che potremmo essere all’inizio di un lungo processo di inversione. Tuttavia, i dati paleomagnetici indicano che, anche durante un’inversione, l’indebolimento del campo magnetico può estendersi per migliaia di anni e l’intensità può ridursi fino al 90%.
Come il campo magnetico difende il pianeta
Il campo magnetico terrestre crea una sorta di scudo noto come magnetosfera, che protegge la Terra dalle particelle cariche provenienti dal Sole e dal cosmo. I raggi cosmici ad alta energia e il vento solare – un flusso continuo di particelle emesse dalla corona solare – vengono deviati dalla magnetosfera, impedendo loro di penetrare nell’atmosfera.
Tuttavia, durante le tempeste solari, come le espulsioni di massa coronale, enormi quantità di plasma carico magneticamente possono colpire la magnetosfera, deformandola e causando tempeste geomagnetiche. Questi eventi possono compromettere i satelliti, disturbare i GPS, interrompere le reti elettriche e causare sovraccarichi negli oleodotti.
Un caso eclatante si verificò il 10 maggio 2024, quando una violenta tempesta geomagnetica ha generato spettacolari aurore boreali visibili anche alle latitudini meridionali degli Stati Uniti e dell’Europa, mentre alcuni sistemi di navigazione e comunicazione hanno subito disservizi.
La bellezza delle aurore e la minaccia delle tempeste geomagnetiche
Quando le particelle cariche del vento solare penetrano la magnetosfera e interagiscono con gli atomi di ossigeno e azoto presenti nell’atmosfera terrestre, producono le affascinanti aurore polari. Questi fenomeni luminosi si osservano principalmente nelle regioni vicine ai poli magnetici, come in Norvegia, Canada, Alaska e Groenlandia.
Allo stesso tempo, però, le stesse tempeste geomagnetiche che generano queste meravigliose danze luminose possono rappresentare una minaccia concreta per la tecnologia moderna, dimostrando quanto sia delicato l’equilibrio tra la natura terrestre e il cosmo.
