Per determinare la direzione e l'intensità del campo magnetico passato, i ricercatori hanno datato e analizzato i cristalli di zircone raccolti da siti in Australia. Gli zirconi sono circa due decimi di millimetro e contengono particelle magnetiche ancora più piccole che bloccano la magnetizzazione della terra al momento della formazione degli zirconi. Qui, un cristallo di zircone è posto all'interno della "O" su una monetina, per scala. Credito:Università di Rochester / John Tarduno
Nel profondo della Terra, il ferro liquido vorticoso genera il campo magnetico protettivo del nostro pianeta. Questo campo magnetico è invisibile ma è vitale per la vita sulla superficie terrestre:protegge il pianeta dal vento solare dannoso e dai raggi cosmici del sole.
Data l'importanza del campo magnetico, gli scienziati hanno cercato di capire come il campo è cambiato nel corso della storia della Terra. Quella conoscenza può fornire indizi per comprendere la futura evoluzione della Terra, così come l'evoluzione di altri pianeti nel sistema solare.
Una nuova ricerca dell'Università di Rochester fornisce la prova che il campo magnetico che si è formato per la prima volta intorno alla Terra era ancora più forte di quanto gli scienziati credessero in precedenza. La ricerca, pubblicato sulla rivista PNAS , aiuterà gli scienziati a trarre conclusioni sulla sostenibilità dello scudo magnetico terrestre e sulla presenza o meno di altri pianeti nel sistema solare con le condizioni necessarie per ospitare la vita.
"Questa ricerca ci dice qualcosa sulla formazione di un pianeta abitabile, "dice Giovanni Tarduno, il William R. Kenan, Jr., Professore di Scienze della Terra e dell'Ambiente e Preside della Ricerca per le Arti, Scienze, e Ingegneria a Rochester. "Una delle domande a cui vogliamo rispondere è perché la Terra si è evoluta in questo modo e questo ci dà ancora più prove che la schermatura magnetica è stata registrata molto presto sul pianeta".
Il campo magnetico terrestre oggi
Lo scudo magnetico odierno viene generato nel nucleo esterno della Terra. L'intenso calore nel denso nucleo interno della Terra fa vorticare e agitare il nucleo esterno, composto da ferro liquido, generare correnti elettriche, e guidando un fenomeno chiamato geodinamo, che alimenta il campo magnetico terrestre. Le correnti nel nucleo esterno liquido sono fortemente influenzate dal calore che fuoriesce dal nucleo interno solido.
A causa della posizione e delle temperature estreme dei materiali nel nucleo, gli scienziati non sono in grado di misurare direttamente il campo magnetico. Fortunatamente, i minerali che salgono sulla superficie terrestre contengono minuscole particelle magnetiche che si bloccano nella direzione e nell'intensità del campo magnetico nel momento in cui i minerali si raffreddano dal loro stato fuso.
Usando il nuovo paleomagnetico, microscopio elettronico, geochimico, e dati di paleointensità, i ricercatori hanno datato e analizzato i cristalli di zircone, i più antichi materiali terrestri conosciuti, raccolti da siti in Australia. Gli zirconi, che sono circa due decimi di millimetro, contengono particelle magnetiche ancora più piccole che bloccano la magnetizzazione della terra al momento della formazione degli zirconi.
Rappresentazione artistica della Terra primitiva e di Marte 4,2 miliardi di anni fa con campi magnetici generati internamente. La lunga durata della geodinamo e la schermatura magnetica hanno impedito la perdita dell'oceano sulla Terra, mentre il crollo del campo magnetico marziano ha contribuito alla sua perdita di acqua. Credito:illustrazione per gentile concessione di Michael Osadciw (Università di Rochester, Rochester, NY) e e John A. Tarduno.
Il campo magnetico terrestre 4 miliardi di anni fa
Precedenti ricerche di Tarduno hanno scoperto che il campo magnetico terrestre ha almeno 4,2 miliardi di anni ed esiste da quasi quanto il pianeta. Il nucleo interno della Terra, d'altra parte, è un'aggiunta relativamente recente:si è formata solo circa 565 milioni di anni fa, secondo una ricerca pubblicata da Tarduno e dai suoi colleghi all'inizio di quest'anno.
Mentre i ricercatori inizialmente credevano che il primo campo magnetico terrestre avesse un'intensità debole, i nuovi dati sugli zirconi suggeriscono un campo più forte. Ma, perché il nucleo interno non si era ancora formato, il campo forte che si è sviluppato originariamente 4 miliardi di anni fa deve essere stato alimentato da un meccanismo diverso.
"Pensiamo che il meccanismo sia la precipitazione chimica dell'ossido di magnesio all'interno della Terra, "dice Tarduno.
L'ossido di magnesio è stato probabilmente dissolto dal calore estremo legato al gigantesco impatto che ha formato la luna terrestre. Mentre l'interno della Terra si raffreddava, l'ossido di magnesio potrebbe precipitare, convezione motrice e geodinamo. I ricercatori ritengono che la Terra interna alla fine abbia esaurito la fonte di ossido di magnesio al punto che il campo magnetico è quasi completamente crollato 565 milioni di anni fa.
Ma la formazione del nucleo interno ha fornito una nuova fonte per alimentare la geodinamo e lo scudo magnetico planetario che la Terra ha oggi.
Un campo magnetico su Marte
"Questo primo campo magnetico era estremamente importante perché schermava l'atmosfera e la rimozione dell'acqua dalla Terra primitiva quando i venti solari erano più intensi, " Dice Tarduno. "Il meccanismo di generazione del campo è quasi certamente importante per altri corpi come altri pianeti ed esopianeti".
Una teoria di primo piano, ad esempio, è che Marte, come la Terra, aveva un campo magnetico all'inizio della sua storia. Però, su Marte, il campo è crollato e, a differenza della Terra, Marte non ne ha generato uno nuovo.
"Una volta che Marte ha perso la sua schermatura magnetica, poi ha perso la sua acqua, " Dice Tarduno. "Ma non sappiamo ancora perché la schermatura magnetica è crollata. La schermatura magnetica precoce è davvero importante, ma ci interessa anche la sostenibilità di un campo magnetico. Questo studio ci fornisce più dati nel tentativo di capire l'insieme di processi che mantengono lo scudo magnetico sulla Terra".
