Il Campo Magnetico Terrestre

Col progredire degli studi e delle conoscenze

relativamente al campo geomagnetico, sono stati

proposti per esso vari modelli di

rappresentazione.

Secondo un primo modello il campo magnetico

terrestre poteva essere rappresentato

ipotizzando al centro della Terra la presenza di

una potentissima barra magnetica inclinata di

11°30’ rispetto all’asse terrestre: in questo

modello si definiscono poli magnetici quei punti in

cui il diametro terrestre coincidente con la

direzione del dipolo incontra la superficie della

Terra, asse geomagnetico il suddetto diametro ed

equatore geomagnetico il cerchio massimo

perpendicolare a questo asse e avente centro nel

dipolo.

Fu in seguito verificato però che, mentre in questo caso si considera un campo

totalmente dipolare (le linee di flusso confluiscono ai due poli), in realtà, poiché il campo

magnetico presenta alcuni scostamenti per via della sua origine non interamente

interna, esso può dirsi solo prevalentemente dipolare. Da quest’osservazione nacque

l’idea di rappresentare il campo geomagnetico come costituito da un dipolo centrale più

otto dipoli radiali collocati a 4800km di profondità. Anche questo modello però si è

rivelato impreciso poiché esiste una certa temperatura critica, detta Punto di Curie (dal

nome di colui che la scoprì), al di sopra della quale i materiali ferromagnetici perdono il

loro magnetismo permanente, diventando paramagnetici. Essendo questa temperatura

di 631K per il nichel, 753K per la magnetite, 1043K per il ferro, 1388K per il cobalto,

essa è di gran lunga inferiore rispetto alle temperature riscontrabili all’interno della Terra,

al contrario la si raggiunge a profondità di soli 20-30km, nel nucleo abbiamo invece

temperature che raggiungono i 4500K. E’ dunque esclusa la supposta presenza di

qualcosa di analogo a un magnete permanente, pertanto le ipotesi quanto all’origine del

campo geomagnetico si sono orientate verso il modello della DINAMO AD

AUTOECCITAZIONE (teoria proposta da Bullard nel 1948). Nonostante si sia compreso

che il campo interno non rende conto degli effettivi valori misurati con dei magnetometri

nei vari luoghi del pianeta gli scienziati fanno a tutt’oggi riferimento all'IGRF

(International Geomagnetic Reference Field) un modello globale del campo

geomagnetico e vuole rappresentare il contributo del solo campo principale.

Sempre in seno ai modelli di rappresentazione del campo magnetico terrestre, le sue

linee di campo, la cui direzione è data da quella assunta dall’ago magnetico in un

determinato luogo, hanno verso entrante alla Terra nel polo situato nell’emisfero Nord

(Boreale) che, definito Nord (per la sua prossimità al polo geografico omonimo), è in

realtà un polo Sud (positivo) poiché da esso è attratta l’estremità nord dell’ago

calamitato. Il verso del vettore campo magnetico risulta invece uscente dalla Terra nel

polo Sud (cosiddetto in quanto prossimo al polo sud geografico), situato nell’emisfero

sud (Australe) cui invece si indirizza l’estremità sud dell’ago e che pertanto costituirebbe

in realtà un polo nord, negativo in quanto si è assunta per convenzione positiva

l’estremità dell’ago che ad esso si rivolge.

La teoria della Dinamo ad autoeccitazione fu proposta da Bullard nel 1948: lo studio dei

fenomeni elettrici aveva rivelato la possibilità di produrre campi vettoriali di natura

magnetica mediante correnti elettriche percorrenti un conduttore. La dinamo che,

secondo le ipotesi di Bullard, sarebbe alla base del fenomeno del magnetismo terrestre

è costituita da un disco di materiale buon conduttore di elettricità in rotazione attraverso

le linee di flusso di un campo magnetico. Si genera così nel conduttore una corrente

elettrica indotta che viene fatta fluire in un circuito. Questa corrente, attraversando un

solenoide inserito nel circuito, genera e mantiene il campo magnetico attraverso cui

ruota il conduttore. Per innescare la dinamo è necessaria, all’inizio, l’interazione con un

campo magnetico esterno, la cui funzione è in seguito assunta da campo magnetico

generato dalla corrente indotta. Finché il conduttore si mantiene in rotazione il sistema

continua a mantenere attivo il campo magnetico. Nel caso della Terra per innescare la

geodinamo è bastato con molta probabilità che il nostro pianeta abbia attraversato

qualche campo magnetico sporadico, probabilmente di origine solare, mentre nel nucleo

esterno della Terra, costituito da elementi conduttori (tra cui ferro e zolfo fusi (oltre che

potassio silicio e ossigeno) che hanno elevata conducibilità elettrica (come il disco

rotante della dinamo) erano in atto moti convettivi. Le cause di tali moti sono: il calore

emesso dal nucleo solido interno ad altissima temperatura; quello emesso da elementi

radioattivi (Torio, Uranio, ecc.) e a quello che si libera per via della solidificazione di

Sulla superficie terrestre si può sperimentare che un ago magnetico libero di ruotare in

un piano orizzontale assume una direzione che forma con quella del meridiano

geografico del luogo un certo angolo. Come già Gilbert aveva intuito, i poli magnetici

non coincidono con quelli geografici e uno degli elementi che definiscono il campo

magnetico terrestre è proprio l’ANGOLO DI DECLINAZIONE MAGNETICA (delimitato

dalla direzione dell’ago, libero di ruotare su un piano orizzontale, in equilibrio e da quella

del meridiano geografico del luogo) il cui valore varia al variare del punto della superficie

in cui è posto l’ago e del tempo. Possiamo avere in base al punto della superficie in

questione: DECLINAZIONE EST (detta anche orientale e assunta positiva) o

DECLINAZIONE OVEST (detta anche occidentale e assunta negativa) rispetto al

meridiano geografico. La declinazione risulterà nulla per tutti quei punti situati sul

meridiano geografico passante per i poli magnetici.

Il campo magnetico terrestre è definito inoltre dall’angolo di INCLINAZIONE

MAGNETICA ovvero quello delimitato dall’orizzonte e dalla direzione che l’ago

magnetico assume in posizione d’equilibrio posto che esso sia libero di ruotare su un

piano verticale: l’inclinazione varia andando dall’equatore magnetico (dove misura 0°) ai

L’inclinazione è

poli magnetici dove assume la sua massima ampiezza (misurando 90°).

dovuta al fatto che l’ago calamitato assume sempre posizione parallela rispetto alle linee

di forza del campo magnetico terrestre. Essa inoltre è detta INCLINAZIONE POSITIVA

(attualmente riscontrabile nell’emisfero boreale) o INCLINAZIONE NEGATIVA,

(attualmente riscontrabile nell’emisfero australe) a seconda che il Nord dell’ago sia

situato rispettivamente sotto o sopra l’orizzonte.

Gli altri cinque elementi che definiscono il campo magnetico terrestre sono:

•La Componente secondo il piano orizzontale

diretta verso il nord geografico e detta di

conseguenza “COMPONENTE NORD-SUD”

(X=HcosD);

•La componente secondo il piano orizzontale

diretta verso l’est geografico e detta

conseguentemente “COMPONENTE EST”

(Y=HsenD);

•La componente secondo il piano verticale,

assunta positiva quando è diretta verso il centro

della Terra (il che oggi si verifica nell’emisfero

boreale del globo terrestre) e detta

“COMPONENTE “(Z=FsenI);

VERTICALE

•La “COMPONENTE “ di

ORIZZONTALE

intensità pari alla radice quadrata della somma

L’INTENSITA’ TOTALE DEL CAMPO MAGNETICO data dalla radice quadrata della

dei quadrati delle componenti X ed Y (H=FcosI);

somma dei quadrati delle componenti X,Y,Z. Essa varia se ci si sposta dai poli magnetici

(dove misura all’incirca 0.75 Gauss) all’equatore magnetico (dove scende a un valore

medio di 0.35 Gauss).

(Il Gauss è l’unità di misura dell’induzione magnetica, che è il fenomeno per cui si crea

corrente in un circuito senza che sia presente un generatore di tensione. L’unità di

misura corrisponde a 0.0001 Tesla, difatti è il Tesla l’unità di misura del campo

L’intensità del campo magnetico terrestre può essere misurata attraverso uno strumento

detto magnetometro, è espressa in termini di vettore di induzione magnetica, per cui

vengono utilizzate come unità di misura il Gauss o il nT pari a un miliardesimo di Tesla

(10^-9 T). Misurato con quest’ultima

Unità il valore del campo varia in intensità mediamente dai circa 20000nt all’equatore

magnetico ai circa 70000 ai poli magnetici.

Il campo può essere rappresentato in base alle varie componenti del campo vettoriale

attraverso carte isomagnetiche ovvero carte geografiche delle variazioni di un

particolare elemento magnetico. Distinguiamo varie tipologie di carte isomagnetiche:

La CARTA ISOGONICA, in cui vengono collegati tutti i punti sulla superficie che hanno

la stessa declinazione magnetica (Carta delle isogone, dal greco isos=uguale e

gonos=angolo)

La CARTA ISOCLINICA, in cui sono collegati tutti i punti della superficie che

presentano lo stesso valore di inclinazione magnetica (Carta delle Isocline, dal greco

isos=uguale e klino=inclinare)

La CARTA ISODINAMICA, in cui vengono collegati tutti quei punti per i quali si

mantiene costante l’intensità del campo magnetico terrestre;

La CARTA ISOPORICA, in cui si rappresentano le variazioni secolari del campo

magnetico terrestre.

I poli magnetici sono i due punti sulla superficie della Terra attraverso i quali si orientano

le estremità opposte dell’ago magnetico della bussola. In corrispondenza di tali punti il

campo magnetico ha direzione verticale. Essi non coincidono con i poli geomagnetici cui

si orienterebbe le estremità dell’ago calamitato se il campo fosse perfettamente dipolare

e non coincidono nemmeno con i poli geografici. Attualmente il Polo Nord Magnetico è

situato nei pressi dell’isola di Bathurst, nel Canada settentrionale, a circa 1600 km dal

polo geografico, mentre il Polo Sud Magnetico si trova presso la Costa di Adelia

dell’Antartide a circa 2600km dal Polo Sud Geografico. Inoltre i poli magnetici non sono

dei punti fissi dal momento che si verifica il fenomeno della migrazione dei poli (per

esempio negli ultimi 150 anni l’asse magnetico ha subito un evidente spostamento verso

ovest pur non mutando latitudine) e dunque non possono essere indicati come due punti

geometrici veri e propri, si parla invece di zone di estensione variabile e che variano nel

tempo. I due Poli inoltre non sono diametralmente opposti come quelli geografici poiché

la loro congiungente (asse geomagnetico) non passa per il centro della Terra ma a circa

1200km da esso e conseguentemente l’uno è situato a quasi 2300km di distanza

dall’antipode dell’altro. È importante ricordare anche che il polo nord magnetico si

sposta continuamente intorno al polo nord geografico e, inoltre, oscilla di circa 10 km al

giorno per via delle interazioni con lo strato ionizzato dell’atmosfera.

Polo nord magnetico Polo sud magnetico

I modelli proposti per la rappresentazione del campo magnetico terrestre tengono conto

solo del campo magnetico di origine interna al pianeta, ma misurando l’intensità del

campo magnetico in un determinato punto della superficie terrestre, otteniamo un valore

misurato in T (o meglio in nT) che risulta dalla sovrapposizione di campi magnetici di

diversa origine. Al campo principale generato nel nucleo fluido tramite il meccanismo di

geodinamo si aggiungono:

Un CAMPO CROSTALE generato dalle rocce magnetizzate componenti la litosfera

del pianeta;

Un CAMPO ESTERNO generato da correnti elettriche che fluiscono nella

magnetosfera come conseguenza dell’interazione tra il vento solare e il campo

geomagnetico;

Un CAMPO D'INDUZIONE ELETTROMAGNETICA generato da correnti indotte nella

crosta e nel mantello dal campo esterno variabile nel tempo.

Il campo crostale è dovuto alla magnetizzazione di alcune rocce costituenti la crosta terrestre

nella cui composizione sono presenti minerali magnetici quali magnetite, ematite, maghemite,

Goethite, Pirrotina, Greigite. La magnetizzazione permanente nelle rocce può essere:

PRIMARIA (se acquisita durante il processo litogenetico) che può essere termorimanente o

sedimentaria