Il Magnetismo terrestre Tale file molto semplice, è un ausilio all’insegnamento della Navigazione nelle classi terze e quarte dell’Istituto Trasporti e Logistica. Non intende sostituirsi al libro di testo né trattare l’argomento in profondità. Ad una prima parte più generica, segue una parte più specifica per chi deve usare la bussola magnetica (per la navigazione o per fare i rilevamenti) durante la navigazione.

Magnetismo terrestre 1ª Considerazione ferro (32,1%) ossigeno (30,1%) La massa della Terra è circa di 5,98 × 1024 kg ovvero quasi 6000 trilioni di tonnellate. Essa aumenta nel tempo al ritmo di 107 kg/anno a causa della cattura di materiale cosmico. È costituita principalmente da ferro (32,1%) ossigeno (30,1%) silicio (15,1%) magnesio (13,9%) zolfo (2,9%) nichel (1,8%) calcio (1,5%) alluminio (1,4%) altri elementi (1,2%) Si ritiene che il nucleo (INTERNO ed ESTERNO) sia costituito principalmente da ferro (88,8%) con piccole quantità di nichel (5,8%) e zolfo (4,5%). L’ossigeno che compare nella suddetta stima non è quello contenuto nell’aria dell’atmosfera o nell’acqua, ma quello contenuto in composti allo stato solido. Fonte Wikipedia

Magnetismo terrestre 2ª Considerazione 3ª Considerazione Massa della terra senza acqua Osservando come dovrebbe essere la terra se fosse privata dell’acqua, ci si rende conto che NON è assolutamente simmetrica, la crosta terrestre è molto deformata. L’acqua degli oceani occupa di più l’emisfero sud, e, di conseguenza, le terre emerse sono di più nell’emisfero nord. 3ª Considerazione La terra è schiacciata ai poli. Ha una sua forma particolare (chiamata proprio GEOIDE), che somiglia più ad un ellissoide che a una sfera. Se facciamo comparire la sfera che ha come raggio quello della Terra in corrispondenza dell’Equatore, possiamo osservare tale schiacciamento (leggermente accentuato per motivi didattici)

L’88,8% del nucleo esterno e del nucleo interno è costituito da FERRO Magnetismo terrestre L’88,8% del nucleo esterno e del nucleo interno è costituito da FERRO 1ª Conclusione Data l’ENORME quantità di FERRO presente all’interno del NUCLEO (interno ed esterno) la Terra è un ENORME MAGNETE (enorme CALAMITA) che, come tutti i magneti, ha un POLO POSITIVO ed un POLO NEGATIVO. Le linee di forza del POLO NEGATIVO escono da un punto molto vicino al POLO NORD geografico (chiamato Polo geomagnetico NORD), mentre le linee di forza del POLO POSITIVO escono da un punto molto vicino al POLO SUD geografico (chiamato Polo geomagnetico SUD)

Nel 2000 era circa 11 gradi di latitudine più a sud del polo nord Magnetismo terrestre 4ª Considerazione Il SOLE invia sulla terra PERMANENTEMENTE (cioè 24/24) delle TEMPESTE MAGNETICHE, che variano in intensità a causa delle esplosioni sulla sua superficie. Tali tempeste influiscono sul campo magnetico terrestre, deviandone le linee di forza. L’altro effetto delle tempeste solari è LA VARIAZIONE DELLA POSIZIONE dei due poli interni alla terra e dei due poli geomagnetici sulla superficie della terra, che si muovono di circa 40Km all’anno 2ª Conclusione 11° Nella figura a destra è riportato il presunto spostamento del polo geomagnetico nord dal 1600 al 2000 Nel 2000 era circa 11 gradi di latitudine più a sud del polo nord

Magnetismo terrestre 5ª Considerazione Dalla superficie terrestre, il campo magnetico si estende anche in quota, andando molto oltre l’atmosfera. Esso influisce anche sulla IONOSFERA (e quindi anche sulla trasmissione delle onde elettromagnetiche utilizzate per le comunicazioni RADIO). Tutto lo spazio occupato dal campo magnetico intorno alla terra è chiamato MAGNETOSFERA. In realtà NON è una sfera ma ha una forma asimmetrica ed allungata. Dalla parte del sole, il vento magnetico solare esercita una pressione che riduce lo spessore del campo magnetico terrestre. Il “vento solare” consiste in un flusso di particelle elettricamente cariche emesso ininterrottamente dalla corona solare Come è realmente la magnetosfera Come dovrebbe essere una sezione della magneto-sfera se non ci fosse il vento solare

Perché le linee di forza NON sono regolari? Magnetismo terrestre 6ª Considerazione Se avessimo la possibilità di seguire l’andamento REALE delle due linee di forza scopriremmo che sono tutt’altro che regolari (linea rossa nella figura) Non solo, l’asse congiungente i due poli, a causa della non omogeneità della terra NON passa per il centro. I due poli NON sono SIMMETRICI rispetto al centro della terra (come quelli geografici). Come descritto nelle lastrine precedenti, le linee di forza del campo magnetico terrestre formano dei veri e propri FASCI a partire dalla superficie fino in quota. Se la terra fosse un magnete di forma perfettamente sferica, con la massa equamente distribuita, se non ci fossero le tempeste solari, allora le linee di forza sulla sua superficie avrebbero un andamento regolare (vedere la linea blu della figura a destra) e ciascuna linea uscirebbe dal polo sud geomagnetico e arriverebbe al polo nord geomagnetico seguendo la linea di un ipotetico meridiano tra i due poli geomagnetici Polo nord magnetico Perché le linee di forza NON sono regolari? Polo sud magnetico La terra non è perfettamente sferica La massa della terra non è equamente distribuita, non è omogenea Ci sono le tempeste solari Ci sono zone SUPERFICIALI della crosta terrestre particolarmente ricche di ferro che possono DEVIARE le linee di forza del campo magnetico terrestre (Zone superficiali di anomalia magnetica). Una di queste zone si trova 6 Nm al largo di Portoferraio (Isola d’Elba). L’isola d’Elba era zona di estrazione del FERRO per gli antichi ROMANI

Carta Isomagnetica mondiale dell’anno 2000 Sulla carta riportata in figura, le linee ROSSE sono isogone di declinazione occidentale (OVEST – declinazione NEGATIVA); quelle AZZURRE sono isogone di declinazione orientale (EST – declinazione POSITIVA); ; le linee in VERDE segnano la declinazione nulla. 7ª Considerazione L’andamento delle ONDE SUPERFICIALI, che sono le uniche che interessano le bussole magnetiche navigante, sono riportate in apposite CARTE ISOMAGNETICHE di varia scala. Sulla carta sono riportate le linee ISOGONE, sulle quali la declinazione magnetica è uniforme (ISOGONO significa “stesso angolo”) Carta Isomagnetica mondiale dell’anno 2000

Esempio di una bussola portatile con elemento sensibile mobile Magnetismo terrestre …saliamo a bordo Esempio di una bussola di rotta (L’elemento sensibile e vincolato alla rosa graduata libera di muoversi) Qui basta aspettare che la rosa graduata finisca di muoversi Anche in questo caso l’elemento sensibile (che non si vede perché è SOTTO la rosa graduata) si è posizionato lungo la linea di forza del campo magnetico che lo attraversa Esempio di una bussola portatile con elemento sensibile mobile Posizionare la bussola portatile quanto più possibile orizzontalmente Aspettare che l’elemento sensibile si sia fermato Ruotare la bussola fino a che l’elemento sensibile ROSSO non corrisponde con il nord (l’ago della bussola rimane fermo grazie alla miscela di acqua e alcol presente dentro la bussola) L’elemento sensibile si è posizionato lungo la LINEA di forza del campo magnetico che lo attraversa Linea di forza Linea di forza

Magnetismo terrestre …saliamo a bordo FAC-SIMILE 3ª Conclusione non riproducibile 3ª Conclusione Dato che l’elemento sensibile NON è detto che indichi la direzione del Nord magnetico perché si posiziona lungo la linea di forza del campo magnetico, è necessario che l’istituto idrografico, che “costruisce” le carte nautiche (nuova carta – nuova edizione – ristampa), debba costantemente calcolare la declinazione magnetica e riportarla al centro della rosa dei venti. Proprio perché le linee di forza possono essere differenti, quando la zona rappresentata è molto grande (scala 1:100.000) le rose dei venti con le relative declinazioni possono essere anche DUE (esempio della carta nautica 5D) NOTA BENE: nella didattica, per comodità, si assume e si spiega che la linea di forza (e quindi l’elemento sensibile) indichi il Nord magnetico, anche se non sempre è cosi. Esempio 1 “Il Pattino” Una persona decide di farsi un giro sul pattino (remi e struttura in legno, scalmi in ottone) e porta con se una bussola magnetica. Quando si trova in mare, la differenza angolare tra la linea di forza che attraversa la bussola ed il NORD VERO si chiama DECLINAZIONE MAGNETICA (d), dipende dal magnetismo terrestre e viene riportata al centro della Rosa dei Venti presente sulla carta nautica. Può avere segno EST (positivo) oppure OVEST (negativo). È valida PER QUALSIASI NAVE si trovi nella stessa ZONA di mare. Essa è variabile e perciò sotto la scritta “decl. (2016o) 2°06’E” c’è anche la variazione annua “aumenta ann.te di 4’ circa”. Tale approssimazione può essere valida per pochi anni, fino alla ristampa o alla nuova edizione della carta, che riporta i nuovi rilievi idrografici della declinazione magnetica. Nella prossima lastrina capiremo perché la persona in questione NON DEVE portarsi né il cellulare né qualsiasi altro apparecchio elettronico

Magnetismo terrestre …saliamo a bordo Nv (Nm) Nb d d Esempio 1 “La Nave mercantile” Su una nave mercantile di grosse dimensioni, a causa dell’acciaio presente a bordo (materiale di costruzione), a causa di tutte le apparecchiature elettromagnetiche funzionanti, a causa della quantità e del tipo di carico, l’elemento sensibile della bussola magnetica NON si dispone lungo la linea di forza del campo magnetico terrestre MA indica proprio quello che viene chiamato NORD BUSSOLA (il Nord della Bussola). La differenza angolare tra la direzione della linea di forza e la direzione dell’elemento sensibile, si chiama DEVIAZIONE MAGNETICA (d), dipende dai “ferri di bordo” (tutto il materiale ferroso ed elettromagnetico presente a bordo), può essere POSITIVA (senso orario) o NEGATIVA (senso antiorario) ed è riportata su specifiche tabelle (TABELLE di deviazione), continuamente controllate ed aggiornate grazie alla procedura di calcolo particolare che si chiama “GIRI di BUSSOLA”. Ovviamente VARIA da nave a nave! LA DEVIAZIONE MAGNETICA Varia ovviamente da nave a nave ed, in molti casi, una nave può avere più di una tabella di deviazione a seconda che trasporti grandi quantità di carico “ferroso” o meno (navi portacontainer, navi porta auto o navi militari). Nel caso in cui la nave abbia fatto una lunga sosta in cantiere, per lavori di grande manutenzione, durante la prima navigazione, i giri di bussola sono obbligatori per rifare le tabelle di deviazione. Le vecchie bussole di rotta avevano, ai lati della chiesuola, dei “magneti compensatori” che servivano a ridurre proprio la deviazione magnetica Linea di Forza (Nm) Nb d d Magneti compensatori

Esempio di Tabella di deviazione per bussola magnetica di rotta Nota Bene: come detto precedentemente, per il calcolo della deviazione magnetica, si fanno i giri di bussola e successivamente si redigono due tavole di deviazione, la prima per la bussola di rotta, la seconda per la bussola di rilevamento (o bussola normale) Esempio di Tabella di deviazione per bussola magnetica di rotta Esempio di Tabella di deviazione per bussola magnetica di rilevamento (o normale È importante sottolineare che quando si prende il rilevamento bussola di un oggetto sulla costa, bisogna entrare nella tabella della bussola normale con la PRORA BUSSOLA o con la PRORA MAGNETICA e non con il RILEVAMENTO BUSSOLA.