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Il campo magnetico che protegge il nostro pianeta ha origine nel profondo del nucleo della Terra, ma fluttua con la forza nel tempo. Credito: ESA / ATG medialab
Quando lo scudo magnetico della Terra fallisce, anche i suoi satelliti. Innanzitutto, i nostri satelliti per le comunicazioni nelle orbite più alte si abbassano. Successivamente, gli astronauti nell’orbita terrestre bassa non possono più telefonare a casa. E infine, i raggi cosmici iniziano a bombardare ogni essere umano sulla Terra.
Questa è una possibilità che potremmo iniziare ad affrontare non nei prossimi milioni di anni, non nei prossimi mille, ma nei prossimi cento. Se il campo magnetico terrestre dovesse decadere in modo significativo, potrebbe collassare del tutto e capovolgere la polarità – cambiare il nord magnetico a sud e viceversa. Le conseguenze di questo processo potrebbero essere terribili per il nostro pianeta.
Più preoccupante, potremmo essere diretti proprio verso questo scenario.
“Il campo geomagnetico è in decadimento da tremila anni”, ha affermato il dott. Nicolas Thouveny del Centro europeo di ricerca e insegnamento delle scienze ambientali (CEREGE) ad Aix-en-Provence, in Francia. “Se continua a scendere a questo ritmo, in meno di un millennio saremo in un periodo critico”.
Il dottor Thouveny è uno dei principali investigatori del progetto EDIFICE di cinque anni, che è in corso dal 2014. Insieme ai suoi colleghi, ha studiato la storia del campo magnetico terrestre , anche quando si è invertito in passato, e quando potrebbe ancora.
Raggi cosmici
Il campo magnetico del nostro pianeta è prevalentemente creato dal flusso di ferro liquido all’interno del nucleo. È sempre stata una caratteristica del nostro pianeta, ma ha ripetutamente invertito la polarità nella storia della Terra. Ogni volta che si ribalta – fino a 100 volte negli ultimi 20 milioni di anni, mentre l’inversione può richiedere circa 1.000 anni per essere completata – lascia la magnetizzazione fossilizzata nelle rocce sulla Terra.
Prendendo nuclei o colonne di sedimenti dal fondo del mare, come una lunga paglia che può estendersi fino a 300 metri con l’aiuto di un trapano, possiamo guardare indietro nel tempo e vedere quando si sono verificati questi capovolgimenti. Il Dr. Thouveny e il suo team hanno esaminato due particolari forme di elementi che hanno permesso loro di sondare la storia del campo magnetico del nostro pianeta in modo più dettagliato.
Affinché si verifichi un’inversione di polarità, il campo magnetico deve indebolirsi di circa il 90% fino a un livello di soglia. Questo processo può richiedere migliaia di anni e, in questo periodo, la mancanza di uno scudo magnetico protettivo attorno al nostro pianeta consente a più raggi cosmici – particelle ad alta energia provenienti da altre parti dell’universo – di colpirci.
Quando questo accade, questi raggi cosmici si scontrano con sempre più atomi nella nostra atmosfera, come l’azoto e l’ossigeno. Questo produce varianti di elementi chiamati isotopi cosmogenici, come il carbonio-14 e il berillio-10, che cadono in superficie. E studiando le quantità di questi nei nuclei, possiamo vedere quando hanno avuto luogo le inversioni di polarità.
L’ultimo capovolgimento è avvenuto tra 772.000 e 774.000 anni fa. Da allora, il campo si è quasi invertito di 15 volte, ha chiamato un’escursione, lasciando cadere la forza in modo significativo ma non raggiungendo abbastanza la soglia necessaria prima di rialzarsi. Questo è il momento in cui siamo maggiormente a rischio, poiché il campo decade e poi recupera la sua forza. L’ultima escursione è avvenuta 40.000 anni fa e le prove suggeriscono che stiamo andando di nuovo in quella direzione.
“Il campo geomagnetico ha perso il 30% della sua intensità negli ultimi 3.000 anni”, ha affermato il dottor Thouveny. “Da questo valore, prevediamo che scenderà quasi allo zero tra qualche secolo o un millennio.”
Il campo magnetico terrestre si sta indebolendo sull’Atlantico meridionale (regione blu). Credito: Spazio ESA / DTU
Oggi, possiamo già vedere gli effetti di un campo magnetico indebolito sui nostri satelliti in orbita.
Nell’Oceano Atlantico, tra il Sud America e l’Africa, c’è una vasta regione del campo magnetico terrestre che è circa tre volte più debole della forza di campo ai poli.
Si chiama South Atlantic Anomaly (SAA), ed è al centro del progetto CoreSat guidato dal professor Chris Finlay dell’Università tecnica di Danimarca (DTU) vicino a Copenhagen. Utilizzando i dati di più satelliti, tra cui i tre satelliti Swarm dell’Agenzia spaziale europea (ESA) lanciati nel 2013, questo progetto sta cercando di capire cosa stia causando l’ASA.
“Questa è una regione in cui vediamo i satelliti in modo coerente (esperienza) guasti elettronici”, ha affermato il Prof. Finlay. “E non capiamo da dove viene questa regione di campo debole, cosa la produce e come potrebbe cambiare in futuro.”
Gli scienziati hanno notato per la prima volta la SAA negli anni ’50, e da allora sono diminuiti di forza di un ulteriore 6%, e si sono avvicinati ad ovest. ‘(Lì) non ne ha avuto alcuna spiegazione convincente,’ ha detto il Prof. Finlay, aggiungendo che gli scienziati non sono stati in grado di prevedere come cambierà.
Il progetto CoreSat spera di cambiare tutto ciò, utilizzando i dati più dettagliati disponibili ancora per studiare le proprietà del campo magnetico qui e come si sposta nel tempo. Sondando l’ASA, il team spera di vedere cosa sta succedendo nel nucleo della Terra che potrebbe causarlo.
Una possibilità è che potrebbe esserci un vasto anticiclone nella porzione meridionale del nucleo esterno di metallo liquido della Terra, che potrebbe spingere fuori il campo magnetico dalla regione del Sud Atlantico. Un’altra possibilità è che il campo magnetico in questa regione sta indicando la strada sbagliata – in effetti, si sta verificando un’inversione della mini-polarità.
L’ASA ci dà uno sguardo diretto su come un campo magnetico indebolito può influenzare i satelliti, in quanto numerosi veicoli spaziali hanno segnalato malfunzionamenti elettronici quando sorvolano questa regione quando vengono colpiti dai raggi cosmici . Ma al momento non è chiaro se l’ASA abbia qualche relazione con il campo magnetico terrestre che si muove in polarità, che è anche qualcosa che il professor Finlay e il suo team indagheranno.
“In alcune simulazioni si vedono caratteristiche come la SAA in crescita durante un’inversione di polo”, ha detto. “Non è necessariamente il caso, ma non sarebbe una sorpresa se qualcosa di simile fosse coinvolto in un’inversione magnetica”.
Un’occhiata
Tuttavia, l’ASA potrebbe darci solo un assaggio di ciò che accadrà nel prossimo futuro. Se le tendenze continuano, il campo magnetico del nostro pianeta potrebbe invertire di nuovo tra uno o due millenni. Prima di questo, il campo potrebbe continuare a indebolirsi e in un secolo potremmo trovarci di fronte a problemi seri.
“La diminuzione del campo geomagnetico è molto più importante e drammatica dell’inversione”, ha affermato il dottor Thouveny. “È molto importante capire se il campo attuale decadrà a zero nel prossimo secolo, perché dovremo prepararci”.
Il principale campo geomagnetico della terra è prodotto dal flusso di particelle caricate elettricamente nella parte liquida del nucleo terrestre, che si estende da una profondità di 2.900 chilometri ad una profondità di 5.100 chilometri. Queste correnti sono causate dalla differenza di temperatura tra la parte superiore e la base di questa zona.Queste correnti sono qualcosa come il movimento dell’acqua in un bollitore bollente.La rotazione della terra sul suo asse conferisce simmetria al modello di correnti di nucleo liquido. Pertanto, vi è un corrente elettrica alquanto simmetrica nel nucleo liquido che è il risultato del movimento delle particelle caricate elettricamente.
“Sappiamo dai principi della fisica che riguardano l’induzione elettromagnetica che una corrente elettrica ha sempre un campo magnetico associato.Nel nucleo liquido della terra, viene creata una dinamo.Poichè la corrente di nucleo è in qualche modo simmetrica attorno all’asse di rotazione, il campo magnetico associato è simile a quello di un magnete a barra: per ragioni non chiaramente comprese, l’equilibrio tra l’effetto della rotazione terrestre e l’effetto della temperatura sulla dinamo centrale viene turbato di volta in volta, causando la distruzione della corrente di nucleo In seguito a tale disturbo, è teoricamente possibile che la dinamo si ricostituisca con una direzione opposta del flusso di corrente, quindi il campo magnetico associato avrà una polarizzazione opposta.
“Poiché non possiamo scendere nel nucleo liquido per osservare cosa sta realmente accadendo, dobbiamo fare inferenze basate su misurazioni fatte sopra o sopra la superficie terrestre, quindi la nostra conoscenza del nucleo è piuttosto incompleta. Semplicemente non ne sappiamo abbastanza circa il nucleo per prevedere quando si verificheranno le inversioni dei poli in futuro o quanto tempo ci vorrà per completare tale inversione o cosa sconvolge il delicato equilibrio dei fattori che producono la corrente principale, ma abbiamo informazioni convincenti ottenute da grani minerali magnetizzati in rocce che ci dicono che le inversioni di polarità geomagnetica si sono verificate molte volte nella storia della terra.
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