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Il magnetismo terrestre

Il pianeta terra, possiede moltissime caratteristiche molto importanti che lo rendono unico. Una di queste è la sua caratteristica non comune tra i pianeti, della presenza di un campo magnetico. Nonostante tutti gli studi geologici e le varie conferme sperimentali, il meccanismo di generazione del campo magnetico non è ancora noto. Da sempre il campo magnetico è stato utilizzato a scopo di orientamento sia sulla terraferma che sul mare aperto sia dall'uomo mediante l'uso di bussole, sia da alcuni animali mediante una specie di bussola naturale. Probabilmente tutti sanno che un la punta di un ago magnetizzato libera di muoversi indica il nord. Forse non tutti sanno però che l'ago, se lasciato libero di fluttuare anche in senso verticale, indica un punto preciso all'interno del pianeta posizionato in corrispondenza del polo nord, ma ad una ben precisa profondità posta all'interno del mantello. A molti è noto anche il fenomeno della trasmigrazione del polo nord magnetico, ovvero la sua caratteristica di spostarsi nel tempo, provocando degli errori variabili delle bussole nella lettura del nord effettivo. A causa di questo spostamento le bussole professionali e soprattutto quelle destinate alla navigazione marittima e aerea, vengono calibrate con periodicità annuale al fine di correggerne le indicazioni.

Molto meno noto infine è il processo di inversione del campo magnetico, ovvero l'effetto che nell'arco di circa 50.000 anni può portare la bussola a indicare non il nord ma il sud.

Il meccanismo con cui il campo magnetico terrestre si forma e si mantiene negli anni, non è affatto noto, gli scienziati si limitano ad avanzare delle ipotesi verosimili. Inizialmente si è pensato che il campo magnetico sia provocato da una notevole concentrazione di magnetite all'interno del mantello. Questa ipotesi è stata però confutata da precise considerazioni: la magnetite, un ossido del ferro dalle proprietà magnetiche da cui prende il nome, perde le proprie caratteristiche a temperature superiori a circa 300 gradi. La temperatura presente all'interno del mantello, che supera i 900 gradi, lascia presagire l'impossibilità della presenza di ferro con caratteristiche magnetiche.

Fig. 33 – Cristalli di magnetite

 

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Due cristalli di magnetite.

 

Immagine e collezione dell'autore.

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Il magnetismo del ferro è infatti causato da un sistema cristallino, ovvero da una ben precisa disposizione stabile delle molecole di ossido di ferro, e quindi da un orientamento particolare delle orbite degli elettroni più esterni, che diviene schiacciato lungo un polo permettendo una leggera polarità elettrica della molecola. L'orientamento delle orbite degli elettroni è comune alla maggior parte delle molecole presenti nel cristallo e ciò produce il campo magnetico che provoca l'attrazione di alcuni metalli come il ferro e il nichel.

Naturalmente, l'agitazione termica, ovvero il riscaldamento, distrugge la particolare conformazione dei cristalli e quindi vanifica rapidamente l'orientamento delle orbite elettroniche.

Esiste però in natura un altro fenomeno che provoca l'effetto di magnetismo. Questo è provocato dal passaggio di corrente elettrica all'interno di un solenoide, ovvero di un rocchetto di filo metallico isolato. Un ottimo esempio dell'utilizzo tecnologico di questo effetto sono le elettrocalamite oppure i relais.

L'ipotesi corrente per la formazione del campo magnetico terrestre è proprio la circolazione di correnti elettriche attorno al nucleo. Il materiale che compone il mantello in vicinanza del nucleo, che si suppone con grande presenza di nichel, possiede le caratteristiche necessarie ad essere un buon conduttore, nonostante la temperatura molto elevata. Inoltre è probabile che nel nucleo esistano delle presenze di materiale radioattivo in decadimento. La concomitanza di questi elementi potrebbe comportare la formazione di due anelli di corrente elettrica attorno al nucleo che potrebbero in tal modo spiegare la presenza del magnetismo terrestre e le sue peculiari caratteristiche.

In geologia inoltre si è rilevato che alcuni tipi di rocce sono in grado di memorizzare la direzione del campo magnetico presente la momento della loro formazione e di mantenere questo tipo di memoria per milioni di anni. In particolare questi tipi di roccia sono due: le rocce sedimentarie con presenza di materiali sensibili al campo magnetico (nichel ferro ecc.) e le rocce laviche con presenze analoghe. Le rocce sedimentarie si formano mediante lento deposito all'interno di mari, bacini o strati paludosi, di materiale più o meno fine, dall'argilla che forma le marne al calcare, alla sabbia, che forma le rocce dette arenarie. Accade che durante la deposizione dei sedimenti, le particelle metalliche presenti si muovono all'interno dell'acqua riuscendo a orientarsi parallelamente al campo magnetico terrestre. Una volta terminato il processo di deposizione e cementazione, le particelle metalliche non si possono più muovere e perciò conservano perfettamente, nel corso di milioni di anni, purché se non intervengano cause esterne, le proprie caratteristiche magnetiche. Diverso il meccanismo di memorizzazione magnetica delle rocce derivanti da processi di lento raffreddamento, al cui interno siano sempre presenti particelle metalliche sensibili al campo magnetico. Queste ultime, sfruttano proprio la fluidità del materiale dovuta alla sua temperatura che si aggirano intorno ai 300 gradi, e alla lentezza con cui questa tende a scendere, riuscendo a disporsi secondo il campo magnetico. Successivamente al raffreddamento, le particelle magnetiche quindi si bloccano nella posizione raggiunta, e mantengono il proprio stato per lunghissimi periodi di tempo.

Dallo studio di questi tipi di rocce, si è stabilito che il campo magnetico terrestre muta nel tempo con periodi diversi, fino a invertire la propria polarità. La datazione di questi tipi di rocce mediante sistemi basati sul decadimento di materiali radioattivi, hanno permesso di ricostruire nel tempo i processi di modifica dei campi magnetici e quindi di ottenere un preciso sistema di datazione degli strati di accrescimento basato semplicemente sulla rilevazione delle memorie magnetiche.

 

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