Vorticando attorno al solido nucleo interno del nostro pianeta, a oltre 1.800 miglia sotto la superficie, il ferro liquido caldo genera un campo magnetico che si estende oltre l'atmosfera. Questo campo ci fornisce di tutto, dalle direzioni della bussola alla protezione dai raggi cosmici, quindi non sorprende che gli scienziati siano stati allarmati all'inizio di quest'anno quando hanno notato che il polo magnetico settentrionale si stava rapidamente spostando verso la Siberia. Mentre i geofisici si affrettavano a rilasciare un modello aggiornato del campo magnetico terrestre prima del suo programma quinquennale, il polo migratorio poneva una domanda urgente: il campo magnetico terrestre si sta preparando a capovolgere?
Lo stato magnetico del nostro mondo è in continua evoluzione, con i poli nord e sud magnetici che vagano di alcuni gradi ogni secolo circa. Occasionalmente il campo magnetico subisce una completa inversione di polarità, causando il passaggio dei poli magnetici nord e sud, sebbene nessuno sappia esattamente cosa causi questo inversione di tendenza. (In effetti, il polo nord del pianeta è un polo sud magnetico in questo momento, ma è ancora indicato come "nord magnetico" per corrispondere alle nostre misurazioni geografiche.)
In uno studio pubblicato oggi su Science Advances, i ricercatori riportano una nuova linea temporale stimata dell'ultima inversione di polarità, chiamata inversione di Brunhes-Matuyama, avvenuta circa 780.000 anni fa. Usando una combinazione di campioni di lava, sedimenti oceanici e carote di ghiaccio, sono stati in grado di tracciare la progressione di questa inversione e dimostrare che il suo modello era più lungo e più complesso di quanto suggerito dai modelli precedenti. I risultati potrebbero consentire una migliore comprensione di come si evolve l'ambiente magnetico del nostro pianeta e, si spera, guidare le previsioni per il prossimo grave disturbo.
"[L'inversione di polarità] è uno dei pochi fenomeni geofisici che è veramente globale", afferma Brad Singer, professore di geoscienza all'Università del Wisconsin-Madison e autore principale dello studio. “È un processo che inizia nelle parti più profonde della Terra, ma si manifesta nelle rocce su tutta la superficie del pianeta e influenza l'atmosfera in modi piuttosto importanti. ... Se siamo in grado di stabilire la cronologia per il tempismo delle inversioni, abbiamo marcatori che possiamo usare per datare le rocce su tutto il pianeta e conoscere i punti temporali comuni intorno all'intera Terra. "
La generazione del campo magnetico terrestre inizia al suo centro. Il calore proveniente dal solido nucleo interno prodotto dal decadimento radioattivo riscalda il ferro liquido circostante, facendolo circolare come una pentola d'acqua su un piano cottura. Il movimento fluido, o convezione, del ferro crea una corrente elettrica, che genera un campo magnetico. Mentre la Terra gira, il campo magnetico si allinea approssimativamente con l'asse di rotazione, creando i poli magnetici nord e sud.
Negli ultimi 2, 6 milioni di anni, il campo magnetico terrestre si è capovolto 10 volte e quasi si è capovolto più di 20 volte durante eventi chiamati escursioni. Alcuni ricercatori ritengono che l'inversione di polarità sia causata da un disturbo nell'equilibrio tra la rotazione della Terra e la temperatura nel nucleo, che altera il movimento fluido del ferro liquido, ma l'esatto processo rimane un mistero.
Illustrazione schematica delle linee invisibili del campo magnetico generate dalla Terra, rappresentate come un campo magnetico a dipolo. In realtà, il nostro scudo magnetico è stretto più vicino alla Terra sul lato rivolto al sole ed estremamente allungato sul lato notturno a causa del vento solare. (Peter Reid / NASA) Cantante e colleghi hanno ottenuto stime cronologiche più precise per l'ultima inversione di polarità utilizzando nuove tecniche per la datazione della lava solidificata. La lava basaltica, che esplode intorno a 1.100 gradi Celsius (2.012 gradi Fahrenheit), contiene magnetite, un ossido di ferro i cui elettroni più esterni si orientano lungo il campo magnetico terrestre. Quando la lava si raffredda fino a 550 gradi Celsius (1022 gradi Fahrenheit), "la direzione della magnetizzazione viene bloccata, letteralmente infornata nel flusso", dice Singer. Di conseguenza, la storia del campo magnetico è impressa nella lava solidificata, che Singer e il suo team hanno potuto leggere usando un processo specializzato per misurare gli isotopi di argon dei campioni di lava decomposti.
Sfortunatamente per i geologi (ma per fortuna per il resto di noi), i vulcani non esplodono continuamente, rendendo la lava un detentore record dell'evoluzione del campo magnetico. Per cucire insieme le date mancanti, il team di ricerca ha combinato le nuove misurazioni da sette diverse fonti di lava in tutto il mondo con registrazioni passate di elementi magnetizzati in sedimenti oceanici e carote di ghiaccio antartiche. A differenza della lava, l'oceano fornisce una registrazione continua di magnetizzazione, poiché i granelli di materiale magnetico si depositano costantemente sul fondo del mare e si allineano con il campo del pianeta. "Ma questi dischi diventano fluidi e deformati dalla compattazione, e ci sono molte creature che vivono sul fondo del fondo del mare ... quindi il disco viene distrutto un po '", dice Singer.
Il ghiaccio antartico offre un terzo modo di risolvere la storia del campo magnetico terrestre, poiché contiene campioni di un isotopo di berillio che si forma quando la radiazione cosmica interagisce fortemente con l'atmosfera superiore, precisamente cosa succede quando il campo magnetico si indebolisce durante un'escursione o un'inversione.
Combinando tutte e tre queste fonti, i ricercatori hanno messo insieme una storia approfondita su come il campo magnetico si è evoluto durante la sua ultima inversione. Mentre studi precedenti suggerivano che tutte le inversioni attraversano tre fasi in un arco di tempo non superiore a 9.000 anni, il team di Singer ha scoperto un processo di inversione molto più complesso che ha richiesto oltre 22.000 anni per essere completato.
"Siamo in grado di vedere molte più sfumature della crescente e calante dei punti di forza e del comportamento direzionale durante questo periodo di 22.000 anni che mai", dice Singer. "E non corrisponde al modello [trifase] ... quindi penso che dovranno tornare al tavolo da disegno."
I risultati mettono in dubbio se le future inversioni di campo presenteranno complessità e durate simili. "Questo è un documento importante in quanto documenta nuovi dati vulcanici e riunisce record vulcanici e sedimentari relativi all'instabilità del campo geomagnetico prima dell'ultima inversione di polarità", afferma James Channell, un geofisico dell'Università della Florida che non è stato coinvolto nella nuova ricerca, in una email. “Questa instabilità pre-inversione è una caratteristica di tutte le inversioni di polarità? Fino ad ora, non ci sono prove di questo da inversioni precedenti. "
Studia il coautore Rob Coe e Trevor Duarte che orientano i nuclei da un sito di flusso di lava registrando l'inversione di polarità magnetica Matuyama-Brunhes nel Parco nazionale di Haleakala, nelle Hawaii, nel 2015. (Brad Singer) Anche con le tre serie di misurazioni, rimane qualche dubbio sul fatto che la cronologia delle patch insieme fornisca informazioni sufficienti su quanto tempo impiega un'inversione ed esattamente in quale stato si trova il campo quando si verificano tali capovolgimenti. "Finché nessun record completo mostra prove della complessa successione di eventi rappresentata dagli autori, non sono convinto che le incertezze sull'età ci consentano di discernere più di due fasi distinte", afferma Jean-Pierre Valet, un geofisico dell'Istituto di fisica della terra di Parigi che non è stato coinvolto nella ricerca, in un'e-mail. Valet mette anche in dubbio la durata dell'inversione, sostenendo che le incertezze nei dati suggeriscono che l'intero processo avrebbe potuto variare da 13.000 a 40.000 anni, ancora più a lungo delle stime precedenti.
Imparare di più sui processi che portano all'inversione di polarità potrebbe essere fondamentale per le civiltà future, poiché il campo magnetico mobile può avere effetti di vasta portata sul pianeta.
"Quando il campo [magnetico] è debole, che è durante le inversioni, il campo dipolo principale collassa a qualcosa dell'ordine del dieci percento della sua forza normale", dice Singer. Questo collasso potrebbe causare problemi alla vita sulla Terra, poiché il campo magnetico stabilizza le molecole di ozono, proteggendo il pianeta dalle radiazioni ultraviolette. Singer sottolinea che un recente lavoro suggerisce che gli umani moderni sono adattati per avere geni protettivi dopo che i Neanderthal hanno sofferto di radiazioni durante un'escursione che ha deteriorato il campo magnetico.
"È stato discusso per un po 'se le inversioni magnetiche hanno un impatto sul biota sulla superficie della Terra", dice. “La maggior parte delle prime affermazioni sono piuttosto assurde, perché la cronologia non era abbastanza buona da sapere che la scoperta di fossili di Neanderthal, per esempio, era correlativa con un'escursione. Ma ora conosciamo molto meglio quei tempi. "
Negli ultimi 200 anni o più, il campo magnetico terrestre è in decadenza del 5% ogni secolo. Se questo indebolimento e la recente migrazione del polo magnetico settentrionale sono indicativi di un'inversione di campo incombente, potrebbe avere serie implicazioni per le tecnologie che si basano su satelliti, che possono essere danneggiate dalle radiazioni cosmiche. Tuttavia, Singer avverte che è improbabile che si verifichi un'inversione per i prossimi due millenni.
"Quello che stiamo vedendo ora con il polo nord che si muove rapidamente, è in realtà abbastanza normale", dice Singer. "Ci sono articoli pubblicati là fuori basati su documenti molto più poveri di quelli con cui stiamo lavorando che suggeriscono che un'inversione potrebbe avvenire in meno di una vita umana, e questo non è supportato dalla stragrande maggioranza dei documenti. ... L'inversione effettiva, l'inversione finale, richiede diverse migliaia di anni. "
Ciò dovrebbe richiedere all'umanità un po 'di tempo per proteggere meglio le sue tecnologie dalle radiazioni dal prossimo capovolgimento. Fino ad allora, non allarmarti se la tua bussola si sposta di un grado o due.
