Il Segreto della “Dinamo” terrestre: finalmente spiega come il nucleo liquido ci ha protetti fin dall’inizio

Il Pianeta Rosso, Marte, ne è la triste prova: senza un robusto campo magnetico che faccia da scudo, le radiazioni cosmiche rendono l’ambiente ostile, per non dire letale. Sulla Terra, per nostra fortuna, le cose sono andate diversamente, permettendo alla vita di sbocciare. Ma come ha fatto il nostro pianeta a mantenere questa “copertura” sin dalle sue origini?

La teoria consolidata, la “dinamo”, spiega il campo magnetico come il risultato di potenti correnti convettive nel nucleo esterno liquido, composte da ferro e nichel, mentre il nucleo interno è solido. Queste correnti, deviate dalla rotazione terrestre, generano a loro volta correnti elettriche e, voilà, il campo magnetico protettivo. Un meccanismo geniale, ma con un limite storico piuttosto ingombrante: per un miliardo di anni, prima che il nucleo interno iniziasse a cristallizzarsi, l’intero nucleo era completamente liquido. Poteva esistere un campo magnetico anche allora?

Strttura del globo terrestre, il nucleo esterno è quello che genera il campo magnetico terrestre

L’arcano della viscosità sciolto da un Supercomputer

Fino a oggi, la domanda rimaneva critica. Per rispondere, un team di geofisici di ETH Zurigo e SUSTech in Cina ha dovuto bypassare l’impossibilità di osservare direttamente l’interno del pianeta, affidandosi alla tecnologia: un nuovo modello di simulazione al computer, calcolato in parte sull’efficientissimo Piz Daint in Svizzera.

Lo studio, pubblicato su Nature, ha raggiunto un risultato cruciale:

La scoperta in sintesi:

• I ricercatori hanno sviluppato un modello in grado di simulare il funzionamento della dinamo terrestre anche con un nucleo interamente liquido.
• Sono riusciti a minimizzare l’influenza della viscosità del nucleo a un valore trascurabile, simulando per la prima volta le corrette condizioni fisiche primordiali.
• Risultato: il campo magnetico terrestre era generato in modo simile a oggi, anche quando il nucleo era tutto liquido. La viscosità, insomma, era un falso problema.

Come si presentava la terra 1 miliardo di anni fa, con il nucleo liquido – Immagine dalla ricerca

Yufeng Lin, autore principale, non nasconde l’entusiasmo: «Nessuno è mai riuscito a eseguire calcoli in queste condizioni fisiche corrette». Una piccola vittoria per la scienza, ma un grande passo per la comprensione del nostro passato.

Implicazioni pratiche: dalla vita al GPS

Capire il passato del campo magnetico è fondamentale non solo per i geofisici con la passione per la storia, ma anche per le implicazioni presenti e future:

1. L’Origine della Vita: Questa scoperta conferma che il “paracadute” magnetico era attivo miliardi di anni fa, permettendo alla vita di svilupparsi al riparo dalle radiazioni spaziali.
2. Altri Corpi Celesti: I nuovi parametri sono utili per studiare i campi magnetici di altri pianeti e del Sole (pensiamo a Giove e Saturno, ben coperti dalla loro “dinamo”).
3. Civiltà Moderne: Il campo magnetico non è solo un salvavita biologico, è essenziale per le comunicazioni satellitari, il GPS e, in generale, l’intera infrastruttura della civiltà tecnologica.

Come nota il co-autore Andy Jackson: «È importante capire come viene generato, come cambia e quali meccanismi lo mantengono. Se lo capiamo, possiamo prevederne lo sviluppo futuro.» Infatti lo studio della storia del magnetismo terrestre è importante per capire come, nel tempo, si evolverà il nostro campo magnetico. 

E la previsione non è una futilità, considerato che, oltre ai migliaia di inversioni di polarità del passato, negli ultimi decenni si è osservato un rapido spostamento del polo nord magnetico. Capire la “dinamo” è quindi un imperativo civile, oltre che scientifico.

Domande & Risposte:

1. D: Perché la viscosità del nucleo era considerata un problema per la teoria della dinamo primitiva? R: Nelle simulazioni precedenti, una viscosità troppo alta nel nucleo completamente liquido tendeva a “frenare” il movimento convettivo del metallo fuso. Se il movimento è troppo lento o viscoso, la generazione di correnti elettriche (e quindi del campo magnetico) ne risente. Il nuovo modello ha dimostrato che in condizioni fisiche più accurate, l’effetto frenante della viscosità è in realtà trascurabile, permettendo al meccanismo della dinamo di funzionare anche senza il nucleo interno solido.
2. D: Quali sono i rischi pratici legati ai cambiamenti del campo magnetico terrestre, come l’inversione dei poli? R: Sebbene l’inversione dei poli sia un evento geologico normale, un indebolimento o uno spostamento rapido del campo magnetico (come quello osservato di recente) riduce la protezione dalle radiazioni cosmiche. Ciò potrebbe portare a un aumento delle radiazioni sulla superficie, con impatti sulla salute. Più immediati sono i rischi per le infrastrutture: black-out generalizzati causati da tempeste solari che friggono le reti elettriche e malfunzionamenti critici per i satelliti, rendendo inaffidabili comunicazioni e sistemi di navigazione GPS.
3. D: In che modo questo nuovo modello può aiutare a studiare il campo magnetico del Sole o di altri pianeti? R: Il Sole, Giove e Saturno generano i loro campi magnetici attraverso meccanismi dinamici simili a quelli terrestri, ma in condizioni di temperatura, pressione e composizione molto diverse. Il successo nell’isolare e definire il regime fisico in cui la viscosità ha un impatto minimo offre agli scienziati un modello di riferimento più robusto per simulare le dinamiche dei fluidi conduttori (come l’idrogeno metallico su Giove) che formano i campi magnetici di altri corpi celesti.