Il campo magnetico terrestre può cambiare più velocemente di quanto pensassimo – nuova ricerca

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.

Tuttavia il campo magnetico cambia costantemente sia nella sua forza che nella sua direzione e ha subito alcuni drammatici spostamenti in passato. Questo include enigmatiche inversioni dei poli magnetici, con il polo sud che diventa il polo nord e viceversa.

Una questione di lunga data è stata la velocità con cui il campo può cambiare. Il nostro nuovo studio, pubblicato su Nature Communications, ha scoperto alcune risposte.

I cambiamenti rapidi 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 del nucleo, possiamo imparare importanti informazioni su una regione altrimenti inaccessibile del nostro pianeta.

Storicamente, i cambiamenti più veloci nel campo magnetico terrestre sono stati associati alle inversioni, che si verificano a intervalli irregolari poche volte ogni milione di anni. Ma abbiamo scoperto cambiamenti di campo che sono molto più veloci e più recenti di qualsiasi dato associato alle inversioni vere e proprie.

Oggi i satelliti aiutano a monitorare i cambiamenti del campo sia nello spazio che nel tempo, integrati da registrazioni di navigazione e osservatori a terra. Queste informazioni rivelano che i cambiamenti del campo moderno sono piuttosto ponderosi, circa un decimo di grado all’anno. Ma, mentre sappiamo che il campo esiste da 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, colate di lava e manufatti creati dall’uomo. Questo perché questi materiali contengono grani magnetici microscopici che registrano la firma del campo terrestre nel momento in cui si sono raffreddati (per le lave) o sono stati aggiunti alla massa terrestre (per i sedimenti). Le registrazioni dei sedimenti dell’Italia centrale al tempo dell’ultima inversione di polarità, quasi 800.000 anni fa, suggeriscono cambiamenti di campo relativamente rapidi che raggiungono un grado all’anno.

Tali misure, tuttavia, sono estremamente impegnative, con risultati ancora in discussione. Per esempio, ci sono incertezze nel processo con cui i sedimenti acquisiscono il loro magnetismo.

Miglioramento delle misurazioni

La nostra ricerca adotta un approccio diverso utilizzando modelli informatici basati sulla fisica del processo di generazione del campo. Questo è combinato con una ricostruzione pubblicata di recente delle variazioni globali del campo magnetico terrestre negli ultimi 100.000 anni, basata su una compilazione di misure da sedimenti, lave e manufatti.

Questo mostra che i cambiamenti nella direzione del campo magnetico terrestre hanno raggiunto tassi che sono fino a dieci gradi all’anno – dieci volte più grandi delle variazioni più veloci attualmente riportate.

I cambiamenti più veloci osservati nella direzione del campo geomagnetico si sono verificati circa 39.000 anni fa. Questo spostamento è stato associato ad un campo localmente debole in una regione limitata appena al largo della costa occidentale dell’America centrale. L’evento ha seguito la globale “escursione di Laschamp” – una “inversione fallita” del campo magnetico terrestre circa 41.000 anni fa in cui i poli magnetici si sono brevemente spostati lontano dai poli geografici prima di tornare.

I cambiamenti più veloci sembrano essere associati all’indebolimento locale del campo magnetico. Il nostro modello suggerisce che questo è causato dal movimento di macchie di campo magnetico intenso attraverso la superficie del nucleo liquido. Queste macchie sono più prevalenti alle latitudini più basse, suggerendo che le ricerche future per rapidi cambiamenti di direzione dovrebbero concentrarsi su queste aree.

L’impatto sulla società

I cambiamenti nel campo magnetico, come le inversioni, probabilmente non rappresentano una minaccia per la vita. Gli esseri umani sono riusciti a vivere durante la drammatica escursione di Laschamp. Oggi, la minaccia è principalmente dovuta alla nostra dipendenza dalle infrastrutture elettroniche. Eventi meteorologici spaziali come le tempeste geomagnetiche, derivanti dall’interazione tra il campo magnetico e la radiazione solare in arrivo, potrebbero interrompere le comunicazioni satellitari, il GPS e le reti elettriche.

Questo è preoccupante – il costo economico di un collasso della rete elettrica statunitense a causa di un evento meteorologico spaziale è stato stimato in circa un trilione di dollari. La minaccia è abbastanza seria da far sì che lo space weather appaia come un’alta priorità nel registro nazionale dei rischi del Regno Unito.

Gli eventi meteorologici spaziali tendono ad essere più prevalenti nelle regioni in cui il campo magnetico è debole – qualcosa che sappiamo può accadere quando il campo cambia rapidamente. Sfortunatamente, le simulazioni al computer suggeriscono che i cambiamenti direzionali avvengono dopo che l’intensità del campo comincia ad indebolirsi, il che significa che non possiamo prevedere i cali di intensità del campo semplicemente monitorando la direzione del campo. Il lavoro futuro con simulazioni più avanzate può fare più luce su questo problema.

È in arrivo un altro rapido cambiamento nel campo magnetico? Questo è molto difficile da rispondere. I cambiamenti più veloci sono anche gli eventi più rari: per esempio, i cambiamenti identificati intorno all’escursione di Laschamp sono oltre due volte più veloci di qualsiasi altro cambiamento avvenuto negli ultimi 100.000 anni.

Questo rende difficile per gli scienziati prevedere i cambiamenti rapidi – sono “eventi cigno nero” che arrivano come una sorpresa e hanno un grande impatto. Una possibile via da seguire è quella di utilizzare modelli basati sulla fisica del comportamento del campo come parte della previsione.

Abbiamo ancora molto da imparare sul “limite di velocità” del campo magnetico terrestre. Rapidi cambiamenti non sono ancora stati osservati direttamente durante un’inversione di polarità, ma dovrebbero essere attesi dal momento che si pensa che il campo diventi globalmente debole in questi momenti.