Gary A. Glatzmaier dell’Istituto di geofisica &fisica planetaria al Los Alamos National Laboratory ha fatto un ampio lavoro in questo settore. Egli risponde:
“Si pensa che il campo magnetico terrestre sia generato da movimenti fluidi nella parte esterna e liquida del nucleo terrestre, che è composto principalmente da ferro. I moti fluidi sono guidati da forze di galleggiamento che si sviluppano alla base del nucleo esterno quando la Terra si raffredda lentamente e il ferro si condensa sul nucleo solido interno sottostante. La rotazione della Terra provoca il fluido galleggiante a salire in traiettorie curve, che generano nuovo campo magnetico da torsione e taglio del campo magnetico esistente. Oltre il 99 per cento dell’energia magnetica della Terra rimane confinata interamente all’interno del nucleo. Osserviamo solo la piccola porzione di campo magnetico themagnetic che si estende alla superficie e oltre, dove la sua struttura di base è un dipolo – cioè, un semplice campo nord-sud come quello di un semplice barmagnet. Ci sono anche più piccole, strutture non dipolari nel campo terrestre; questi cambiano localmente e molto leggermente su una scala temporale secolo.
“La parte dipolo del campo è di solito allineato abbastanza strettamente con asse di rotazione theEarth; in altre parole, i poli magnetici sono di solito abbastanza vicino ai poli geografici, che è perché una bussola funziona. Occasionalmente, tuttavia, la parte di dipolo del campo si inverte, causando la posizione dei poli magnetici nord e sud per cambiare. Questo processo di inversione può essere visto nel record paleomagnetico, bloccato nelle rocce del fondo dell’oceano e in alcune colate laviche. Il processo di inversione non è letteralmente ‘periodico’ come lo è sul sole, il cui campo magnetico si inverte ogni 11 anni. Il tempo tra le inversioni magnetiche sulla Terra è talvolta breve come 10.000 anni e talvolta lungo come 25 milioni di anni; il tempo necessario per invertire è solo circa 5.000 anni.
“La prima simulazione tridimensionale dinamicamente coerente al computer della geodinamo (il meccanismo nel nucleo esterno fluido della Terra che genera e mantiene il campo geomagnetico) è stata realizzata e pubblicata da Paul H.Roberts della University of California di Los Angeles e da me nel 1995. Abbiamo programmato dei supercomputer per risolvere il grande insieme di equazioni non lineari che descrivono la fisica dei movimenti del fluido e la generazione del campo magnetico nel nucleo della Terra. Il campo geomagnetico simulato, che ora copre l’equivalente di oltre 300.000 anni, ha un’intensità, una struttura dominata dal dipolo e una deriva verso ovest in superficie che sono tutti simili al campo reale della Terra. Il nostro modello ha previsto che il nucleo interno solido, essendo accoppiato magneticamente al flusso di fluido ad est che lo sovrasta, dovrebbe ruotare leggermente più velocemente della superficie della Terra. Questa previsione è stata recentemente supportata da studi sulle onde sismiche che attraversano il nucleo. Così ora, per la prima volta, abbiamo informazioni simulate tridimensionali e dipendenti dal tempo su come possono avvenire le inversioni magnetiche. Il processo non è semplice, anche nel nostro modello di calcolo. I moti fluidi cercano di invertire il campo su una scala temporale di poche migliaia di anni, ma il nucleo interno solido cerca di prevenire le inversioni perché il campo non può cambiare (diffondersi) all’interno del nucleo interno quasi velocemente come nel nucleo esterno fluido. Solo in rare occasioni la termodinamica, i movimenti del fluido e il campo magnetico si evolvono in modo compatibile, permettendo al campo originale di diffondersi completamente fuori dal nucleo interno, in modo che la nuova polarità del dipolo si possa diffondere e stabilire un campo magnetico inverso. La natura stocastica (casuale) del processo spiega probabilmente perché il tempo tra le inversioni sulla Terra varia così tanto.”
Per spiegazioni più dettagliate sulla geodinamo, le inversioni magnetiche simulate e la super-rotazione del nucleo interno della Terra, Glatzmaier raccomanda i seguenti articoli:
“A Three-Dimensional Self-Consistent Computer Simulation of a GeomagneticField Reversal” di Gary A. Glatzmaier e Paul H. Roberts in Nature, Vol.377, pagine 203-209; 1995.
“Rotation and Magnetism of Earth’s Inner Core” di Gary A. Glatzmaier e PaulH. Roberts in Science, Vol. 274, pagine 1887-1891; 1996.
Edwin S. Robinson è professore di geofisica al Virginia Polytechnic Institute &State University di Blacksburg, Virginia.
Egli aggiunge alcune informazioni di base aggiuntive:
“Il principale campo geomagnetico della terra è prodotto dal flusso di particelle elettricamente cariche nella parte liquida del nucleo della terra. Questa zona liquida si estende da una profondità di 2.900 chilometri a una profondità di 5.100 chilometri. Le correnti di liquido che scorrono sono causate dalla differenza di temperatura tra la cima e la base di questa zona. Queste correnti sono un po’ come il movimento dell’acqua in un bollitore bollente. La rotazione della terra sul suo asse conferisce simmetria al modello delle correnti del nucleo liquido. Pertanto, c’è una corrente elettrica in qualche modo simmetrica nel nucleo liquido che è il risultato del movimento delle particelle elettricamente cariche.
“Sappiamo dai principi della fisica sull’induzione elettromagnetica che una corrente elettrica ha sempre un campo magnetico associato. Nel nucleo liquido della Terra, si crea una dinamo. Poiché la corrente del nucleo è in qualche modo simmetrica intorno 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 del nucleo viene sconvolto di tanto in tanto, causando l’interruzione del modello della corrente del nucleo. A seguito di un tale disturbo, è teoricamente possibile che la dinamo si ricostituisca con una direzione opposta del flusso di corrente. Il campo magnetico associato, quindi, avrà una polarizzazione opposta.
“Poiché non possiamo scendere nel nucleo liquido per osservare ciò che effettivamente sta accadendo, dobbiamo fare inferenze basate su misure effettuate su o sopra la superficie della terra. Pertanto la nostra conoscenza del nucleo è piuttosto incompleta. Semplicemente non sappiamo abbastanza sul nucleo per predire quando le inversioni dei poli si verificheranno in futuro o quanto tempo ci vuole per completare una tale inversione o cosa sconvolge il delicato equilibrio dei fattori che producono la corrente del nucleo. Ma abbiamo informazioni convincenti ottenute dai grani minerali magnetizzati nelle rocce che ci dicono che le inversioni di polarità geomagnetiche si sono verificate un gran numero di volte nella storia della terra.