La Terra come un magnete: i segreti del paleomagnetismo

La Terra può essere pensata come un gigantesco magnete in grado di generare un esteso campo magnetico, da sempre sfruttato dagli organismi che vi abitano per orientarsi sia sulla terraferma che sul mare.

Il paleomagnetismo è la disciplina che si occupa di studiare le caratteristiche di questo campo e le proprietà magnetiche delle rocce del passato, ed è proprio da questi studi che è emersa l’evidenza di inversioni del dipolo magnetico terrestre nel corso della vita del pianeta. Tra le parole “calamita” e “calamità” sembra esserci, però, non solo una discreta somiglianza nel suono, ma una stretta correlazione: è parere di molti che le inversioni del campo geomagnetico possano avere effetti disastrosi sull’umanità e il pianeta stesso. Sarà vero?

Il campo magnetico terrestre
Nell’antica Grecia, nel VI secolo a.C., erano già note le proprietà magnetiche di alcuni materiali, tra cui la magnetite, chiamata così per la capacità di attrarre oggetti di ferro. Una svolta in questo ambito si verificò in Cina, dove, nel III secolo d.C., si scoprì che i materiali magnetici – magneti naturali e sostanze che possono essere magnetizzate formando magneti artificiali – si dispongono sempre in direzione Nord-Sud e questa proprietà cominciò ad essere sfruttata attraverso degli aghi magnetici,utili ad orientarsi durante la navigazione.

La prima teoria sulla causa di questo fenomeno fu formulata solo nel 1600, con il trattato De magnete di William Gilbert, medico della regina Elisabetta I: per la prima volta si parlava della Terra come di un enorme magnete sferico che genera un campo magnetico simile a quello di una barra magnetica, un semplice dipolo, che orienta gli aghi delle bussole in direzione Nord-Sud.

Nei magneti poli simili si respingono e poli opposti si attraggono, esattamente come per le cariche elettriche; da questo emerge che la direzione del magnete Terra sia Sud-Nord, ovvero che il polo sud magnetico corrisponda al Polo Nord geografico e il polo nord magnetico sia collocato in corrispondenza del Polo Sud geografico.

Preso l’asse di rotazione terrestre, tale dipolo magnetico risulta inclinato di 11° 30’ rispetto ad esso, per cui le bussole non indicano mai la direzione esatta del Polo Nord geografico, ma di un punto vicino ad esso: per avere la rotta esatta verso quella direzione bisogna svolgere degli appositi calcoli matematici a partire dalle misurazioni effettuate.

Paleomagnetismo
La conoscenza del campo geomagnetico ha reso possibile un significativo progresso in termini di ricerca sulla struttura del pianeta, grazie alla scoperta del paleomagnetismo, disciplina che si occupa dello studio del magnetismo terrestre nel passato.

Molte rocce, in particolare quelle che contengono minerali ferrosi, infatti, conservano la loro magnetizzazione nella direzione del campo magnetico esistente al tempo della loro formazione. Se questi minerali si trovano – sotto forma di magma fuso – a una temperatura superiore al punto di Curie(500°-600° circa), i loro atomi si dispongono in maniera disordinata; raffreddandosi, però, essi si ordinano nella direzione del campo magnetico presente al momento della loro solidificazione.

Può anche verificarsi una magnetizzazione di tipo detritico o deposizionale, quando durante la sedimentazione sul fondo del mare, di un fiume o di un lago i sedimenti detritici contenenti granuli ferromagnetici si orientano, come gli aghi di una bussola, lungo la direzione del campo magnetico terrestre. Al termine della litificazione, il processo di formazione della roccia sedimentaria, i granuli restano bloccati conservando quell’orientamento.

Apparente migrazione dei poli magnetici
Un fenomeno interessante viene mostrato dallo studio delle colate laviche di età diverse. L’orientamento dei minerali ferrosi nelle rocce, nella successione delle epoche, subisce delle variazioni: i minerali all’interno delle rocce presentano una disposizione diversa, come se il polo nord magnetico si fosse lentamente spostato. Nella stessa maniera, rocce appartenenti alla stessa epoca ma ricavate da diverse zone geografiche indicano posizioni differenti del polo nord magnetico.

A questo punto, si può pensare a due diverse cause: o i poli magnetici hanno cambiato la loro posizione nel corso del tempo, o sono stati i continenti a spostarsi.

I poli, in effetti, possono subire variazioni, ma sempre limitate a un’area molto ristretta, dipendendo anche dalla rotazione terrestre. Ciò che confuta questa teoria è la scoperta di rocce che indicano il polo nord in posizioni prossime all’Equatore o l’esistenza di due poli nord, cosa ovviamente impossibile. Se così fosse, inoltre, bisognerebbe riscontrare la stessa curva di migrazione in tutti i continenti.

A questo punto, risulta evidente che siano stati i continenti a spostarsi, e questo va a favore della teoria della Tettonica delle Placche. Un’evidenza di quest’ultima, data proprio dal paleomagnetismo, sono le masse continentali del Nordamerica e dell’Europa che, se spostate in modo da farne combaciare i bordi, mostrano le curve di migrazione venire a coincidere.

Inversioni di polarità
Da questi stessi studi sulla direzione del campo magnetico nelle rocce antiche è emerso un fenomeno sconcertante: in alcune epoche si sono verificate delletotali inversioni di polarità (il polo nord diventa polo sud e viceversa). È stato possibile ricostruire, grazie agli studi in aree vulcaniche particolarmente attive, la successione di periodi a polarità normale e periodi a polarità inversa. Negli ultimi 5 milioni di anni le polarità diverse si sono alternate almeno trenta volte, per periodi lunghi – detti epoche magnetiche – o brevi – detti eventi magnetici – senza seguire una cadenza ricorrente.

Non possiamo sapere cosa accada esattamente durante le inversioni, né tantomeno sono ancora chiari i meccanismi che innescano questo tipo di fenomeno.

Molti sostengono che durante un’inversione di polarità il campo magnetico scompaia interamente o si indebolisca al punto di lasciarci in balìa delle radiazioni cosmiche, che potrebbero danneggiarci causando mutazioni genetiche.In realtà, oltre al campo magnetico, la Terra possiede anche un’atmosfera che le permette di schermare i raggi provenienti dall’esterno; bisogna considerare, inoltre, che dagli studi sulle inversioni è emerso che esse siano avvenute in tempi molto lunghi, durante i quali si è verificato un indebolimento mai tale da annullare del tutto il campo.

Rebecca Grosso