Le origini del campo magnetico terrestre rimangono un mistero

di Silvia De Stefano 09—Apr—2020 / 3:32 PM

Si pensa che il campo magnetico terrestre esista da oltre 3,5 miliardi di anni. Ci sono però ancora tanti misteri da scoprire a riguardo.

Il campo magnetico terrestre non ha la stessa età della terra. Dall’analisi dei minerali terrestri si è potuto ipotizzare che la sua origine risalga a 3,5 miliardi di anni fa. Ma ora una scoperta getta luce ma anche nuovi interrogativi sulla vicenda.

In un antico affioramento di Jack Hills, nell’Australia occidentale, sono stati infatti trovati minerali microscopici oggetto di intensi studi geologici, poiché sembrano contenere tracce del campo magnetico terrestre che risalirebbe a 4,2 miliardi di anni fa e cioè quasi 1 miliardo di anni prima di quando si pensasse, e quasi ai tempi in cui il pianeta stesso si formò.

Ma per quanto affascinante possa essere questa storia di origine, un team guidato dal MIT ha ora trovato prove del contrario.

In un articolo pubblicato su Science Advances, il team ha esaminato lo stesso tipo di cristalli, chiamati zirconi, scavati dallo stesso affioramento e ha concluso che non sono affidabili come “registratori” di antichi campi magnetici.

Non si può affermare ancora con certezza che il campo magnetico terrestre esista da più di 3,5 miliardi di anni

In altre parole, c’è dibattito sul tema e non si può ancora affermare con certezza se il campo magnetico terrestre esistesse prima di 3,5 miliardi di anni fa.

Non ci sono prove solide di un campo magnetico prima di 3,5 miliardi di anni fa, e anche se ci fosse stato un campo, sarebbe molto difficile trovare prove della sua esistenza negli zirconi di Jack Hills. Non è un fallimento, ma un risultato importante nel senso che sappiamo cosa non cercare più.

ha affermato Caue Borlina, primo autore dello studio che si è laureato al Dipartimento di scienze della terra, atmosferiche e planetarie (EAPS) del MIT .

Il team di ricercatori è formato da persone provenienti dal MIT, dall’Università di Cambridge, Harvard University, Università della California a Los Angeles, Università di Los Angeles Alabama e Princeton University.

A cosa serve il campo magnetico terrestre e come si è generato

Si ritiene che il campo magnetico terrestre svolga un ruolo importante nel rendere abitabile il pianeta. Non solo un campo magnetico imposta la direzione dei nostri aghi della bussola, ma funge anche da scudo, deviando via il vento solare che altrimenti potrebbe divorare l’atmosfera.

Gli scienziati sanno che oggi il campo magnetico terrestre è alimentato dalla solidificazione del nucleo di ferro liquido del pianeta. Il raffreddamento e la cristallizzazione del nucleo stimolano il ferro liquido circostante, creando potenti correnti elettriche che generano un campo magnetico che si estende nello spazio. Questo campo magnetico è noto come geodynamo.

Molteplici studi e ricerche hanno dimostrato che il campo magnetico terrestre esisteva almeno 3,5 miliardi di anni fa. Tuttavia, si pensa che il nucleo del pianeta abbia iniziato a solidificarsi solo 1 miliardo di anni fa, il che significa che il campo magnetico deve essere stato generato da qualche altro meccanismo prima di 1 miliardo di anni fa. Appurare esattamente quando si è formato il campo magnetico potrebbe aiutare gli scienziati a capire che cosa l’ha generato all’inizio.

I ricercatori sostengono che la migliore comprensione dell’origine del campo magnetico terrestre potrebbe anche gettare nuova luce sulle prime condizioni favorevoli alla nascita della vita sulla Terra.

I primi miliardi di anni della Terra, tra 4,4 miliardi e 3,5 miliardi di anni fa, sono quelli che hanno messo le basi fondamentali per la creazione di condizioni favorevoli alla nascita della vita sulla terra. Il fatto che il nostro pianeta avesse o no un campo magnetico non è un dettaglio trascurabile perché implicherebbe che la vita è nata in condizioni diverse. Questa è la motivazione che ci spinge ad approfondire questo tema nel nostro lavoro.

ha dichiarato lo stesso Borlina.

Perché non possiamo fidarci degli zirconi

Gli scienziati hanno tradizionalmente usato minerali nelle rocce antiche per determinare l’orientamento e l’intensità del campo magnetico terrestre nel tempo. Man mano che le rocce si formano e si raffreddano, gli elettroni all’interno dei singoli granuli possono spostarsi nella direzione del campo magnetico circostante. Una volta che la roccia si raffredda oltre una certa temperatura, nota come temperatura di Curie, gli orientamenti degli elettroni sono “fissati” nella pietra.

Gli scienziati possono determinare la loro età e utilizzare magnetometri standard per misurare il loro orientamento, per stimare la forza e l’orientamento del campo magnetico terrestre in un dato momento.

Dal 2001, il prof. Weiss, anch’esso coinvolto in questo lavoro, e il suo gruppo di ricerca hanno studiato la magnetizzazione delle rocce di Jack Hills e dei grani di zircone, con l’obiettivo di stabilire se contengano antiche “registrazioni” del campo magnetico terrestre. Lo stesso Weiss afferma:

Gli zirconi di Jack Hills sono alcuni degli oggetti più debolmente magnetici studiati nella storia del paleomagnetismo. Inoltre, questi zirconi includono i più antichi materiali terrestri conosciuti, il che significa che ci sono molti eventi geologici che avrebbero potuto ripristinare i loro record magnetici

Nel 2015, un gruppo di ricerca separato che aveva anche iniziato a studiare gli zirconi di Jack Hills ha affermato di aver trovato prove di materiale magnetico negli zirconi che risalgono a 4,2 miliardi di anni fa: le prime prove che il campo magnetico terrestre potrebbe esistere prima del 3,5 miliardi di anni fa.

Ma Borlina osserva che il team non ha confermato se il materiale magnetico che hanno rilevato si sia effettivamente formato durante o dopo la formazione del cristallo di zircone generatosi 4,2 miliardi di anni fa – un obiettivo che lui e il suo team hanno invece raggiunto con la ricerca appena pubblicata.

Borlina, Weiss e i loro colleghi avevano raccolto pietre dallo stesso affioramento di Jack Hills e da quei campioni hanno estratto 3.754 granuli di zircone, ciascuno lungo circa 150 micrometri. Utilizzando tecniche di datazione standard, hanno determinato l’età di ciascun grano di zircone, che variava da 1 a 4,2 miliardi di anni.

Circa 250 cristalli avevano più di 3,5 miliardi di anni. Il team ha isolato e analizzato quei campioni, cercando segni di crepe o materiali secondari, come minerali che potrebbero essere stati depositati sul cristallo o all’interno di esso dopo la sua formazione e ha cercato prove del fatto che fossero stati riscaldati in modo significativo negli ultimi miliardi anni da quando si sono formati.

Di questi 250, hanno identificato solo tre zirconi che erano relativamente privi di tali impurità e quindi potevano contenere adeguati record magnetici.

Il team ha quindi condotto esperimenti dettagliati su questi tre zirconi per determinare quali tipi di materiali magnetici avrebbero potuto contenere.

Alla fine hanno stabilito che della magnetite era presente in due dei tre zirconi. Usando un magnetometro a diamante quantico ad alta risoluzione, il team ha esaminato le sezioni trasversali di ciascuno dei due zirconi per mappare la posizione della magnetite in ciascun cristallo.

Hanno scoperto che la magnetite si trovava lungo fessure o zone danneggiate all’interno degli zirconi. Tali crepe, dice Borlina, sono percorsi che consentono all’acqua e ad altri elementi di inflitrarsi all’interno della roccia. Tali crepe avrebbero potuto far entrare la magnetite secondaria che si è depositata nel cristallo molto più tardi rispetto a quando si formava originariamente lo zircone. Ad ogni modo, Borlina afferma che l’evidenza è chiara: questi zirconi non possono essere utilizzati come registratori affidabili per il campo magnetico terrestre che conclude:

Questa è la prova che non possiamo fidarci di queste misurazioni di zirconi per la registrazione del campo magnetico terrestre. Abbiamo dimostrato che, prima di 3,5 miliardi di anni fa, non abbiamo ancora idea di quando si sia iniziato a formare il campo magnetico terrestre.

Nonostante questi nuovi risultati, Weiss sottolinea che le precedenti analisi magnetiche di questi zirconi sono ancora di grande valore.

“Il team che ha riportato lo studio originale sullo zircone magnetico merita molto credito per aver cercato di affrontare questo problema enormemente impegnativo”, ha affermato Weiss che conclude: “come risultato di tutto il lavoro di entrambi i gruppi, ora comprendiamo molto meglio come studiare il magnetismo di antichi materiali geologici. Ora possiamo iniziare ad applicare questa conoscenza ad altri grani minerali e ai grani di altri corpi planetari.”