Il GEOMAGNATISMO La mia tesina riguarda il geomagnetismo, in particolare l’inversione di polarità. La mia scelta è dovuta alla curiosità che si verifichi realmente un’inversione nei prossimi decenni… Tutto ciò appare fantascentifico, in realtà ci sono degli studi in corso ed è proprio per questo che mi incuriosisce.

Titolo : Il geomagnetismo Istituto : Liceo G.Veronese di Chioggia (VE) Indirizzo: scientifico Brocca Anno : 2006/2007 Autore : Giorgia Boscolo V C

INVERSIONE DI POLARITA’; PALEOMAGNETISMO FASCE DI VAN ALLEN CAMPO MAGNETICO TERRESTRE VARIAZIONI DEL CAMPO: INVERSIONE DI POLARITA’; PALEOMAGNETISMO FASCE DI VAN ALLEN AURORE BOREALI DINAMO NUCLEO TERRESTRE Gli argomenti specifici che riguardano la mia tesina…

STRUTTURA DEL CAMPO MAGNETICO Dipolare Linee di forza Magnetosfera Magnetopausa Superficie frontale d’urto Fasce di Van Allen Il campo si estende all’esterno della terra nella cosiddetta magnetosfera. Essa agisce come uno scudo protettivo nei confronti del vento solare e delle radiazioni nocive provenienti dal sole. La Terra viene considerata come una grande calamita dipolare in quanto presenta polo nord e sud. Le face di Van Allen furono scoperte nel 1958, prendono il nome dal suo scopritore. Hanno la forma ad anello. Le linee di forza si dispongono simmetricamente intorno ai poli magnetici. L’impatto del vento solare provoca una compressione della parte rivolta verso il sole e un allungamento. La magnetopausa limita il campo esternamente. La superficie frontale d’urto è lo scudo che si crea dall’impatto con il vento solare e la magnetosfera. Questo crea una compressione nella parte antecedente alla Terra e un allungamento nella parte retrostante.

Teoria di Gilbert Polo nord geografico Fasce di Van Allen Polo nord magnetico Polo nord geografico Fasce di Van Allen La teoria di William Gilbert ipotizzava che all’interno della Terra vi fosse una barra di ferro che causasse il campo magnetico terreste. Poi si comprese che questa ipotesi era impossibile in quanto la temperatura elevata all’interno del pianeta non consente a nessuna sostanza ferromagnetica di mantenere il suo magnetismo. Si nota che il polo nord e sud geografico non corrispondono perfettamente con quello nord e sud magnetico secondo un angolo di 11,5°. Questo a causa dell’inclinazione dell’asse della Terra. Polo sud magnetico Polo sud geografico

IL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE Nucleo esterno Correnti magneto idrodinamiche rimescolate dalla rotazione fuso L'ultima inversione di polarità è avvenuta 780 mila anni fa L'energia meccanica si trasforma in energia elettromagnetica Il campo magnetico Campo magnetico prodotto da una corrente elettrica (oersted) . Queste correnti elettriche provenivano dal nucleo esterno. Teoria dinamo ad autoeccitazione. Originato da un campo magnetico esterno(sole). Le correnti magneto idrodinamiche vengono messe in moto dai moti convettivi del nucleo esterno e rimescolate dal moto di rotazione terrestre cosi si genera una variazione del flusso magnetico che produce corrente elettrica indotta (F.N.). il moto indotto sulle correnti elettriche autosostiene un campo magnetico. L'ultima inversione di polarità è avvenuta 780 mila anni fa quando l'Homo Sapiens stava ancora imparando ad usare le pietre come utensili. l'energia meccanica si converte in elettromagnetismo (un fenomeno simile a quello dei generatori delle auto dove l'energia meccanica viene trasformata in elettricità).

Parametri del campo Declinazione Inclinazione Intensità DECLINAZIONE:angolo che il meridiano magnetico fa con il meridiano terrestre per un dato punto della terra INCLINAZIONE: l’angolo che l’asse dell’ago calamitato fa con il piano dell’orizzonte di un punto sulla superficie terrestre INTENSITA’ del campo magnetico Terrestre : 0,5 Gauss(1 T =10^ 4 G) ANALISI DIMENSIONALE DEL TESLA.(kg s^ -2 A^ -1)

VARIAZIONI DEL CAMPO MAGNETICO MIGRAZIONI INVERSIONI Grazie al peleomagnetismo: MIGRAZIONI dei poli, in realtà lo si considera un fenomeno apparente perché in realtà sono migrate le placche. Inversioni:

INVERSIONE DI POLARITA’ Peter Olson: inversione completa del magnetismo terrestre G. Glatzmaier: l’indebolimento del campo magnetico terrestre non comporta l’inversione Angelo De Santis: inversione in tempi brevi Brad Clement: inversione basse latitudini = pochi migliaia di anni; latitudini elevate = 10.000 anni INVERSIONE DEL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE Il vero mistero legato al campo magnetico terrestre riguarda la sua incostanza nel corso del tempo. Per motivi che non sono ancora stati del tutto chiariti, a distanza di migliaia o centinaia di migliaia di anni i poli magnetici della Terra si invertono, con conseguenze che ovviamente non sono esplicabili se non in via teorica. Gli studi condotti nel XX secolo sul magnetismo terrestre hanno permesso di calcolare che nell’ultimo secolo il campo magnetico della Terra si è ridotto del 10%. Il dottor Peter Olson, della Johnson Hopkins university, sostiene che questa trasformazione energetica è all'inizio e continuerà portando a un'inversione completa del magnetismo terrestre. Recentemente lo scienziato americano G. Glatzmaier ha affermato che l’indebolimento del campo magnetico terrestre non comporta necessariamente la sua prossima inversione, anche perché questo sarebbe in media quasi il doppio rispetto alla media dell’ultimo milione di anni. Possiamo citare tra tutti la testimonianza del Responsabile delle ricerche sul geomagnetismo dell’Istituto nazionale di Geofisica, Angelo De Santis, nonché collaboratore dell’ESA (L’Agenzia spaziale europea) per il progetto Swarm, che prevede la messa in orbita entro il 2009 di tre satelliti che dovrebbero permettere nuove ricerche sul campo magnetico terrestre. Recentemente il geologo americano Brad Clement, dell’Università della Florida, ha pubblicato uno studio sulla rivista scientifica Nature in cui illustra le sue recenti scoperte sull’inversione del campo magnetico. Gli studi da lui condotti hanno portato a supporre che il campo magnetico terrestre si invertirebbe in pochi migliaia di anni alle basse latitudini mentre richiederebbe circa 10.000 anni per l’inversione alle latitudini elevate. Alcuni scienziati ritengono, sulla base dei dati in possesso, sia possibile affermare che i poli magnetici della Terra si siano invertiti oltre una decina di volte negli ultimi 30 milioni di anni, probabilmente non con una frequenza precisa ma all’incirca ogni 300 mila anni.

CONSEGUENZE tempeste solari aumento i raggi ultravioletti allargamento il buco d'ozono perdita dell’orientamento negli animali malattie tumorali Glatzmaier e P. Roberts hanno predisposto dei programmi di simulazione della struttura interna della Terra e delle interazioni tra i fluidi conduttivi e il campo magnetico, per verificare quali conseguenze potrebbero esservi nel campo magnetico terrestre. Gli scienziati sono giunti alla conclusione che le turbolenze interne dello strato generante il campo magnetico provocano dei cambiamenti che possono essere sorvolati. Durante queste prove di simulazione si è potuto verificare che l’agitazione dello strato di metallo fuso che avvolge il nucleo terrestre comporta una serie di modifiche al campo magnetico. Durante le inversioni dei poli il campo magnetico non scompare ma modifica la sua struttura diventando più complesso. una minore schermatura contro il vento solare e questo potrebbe comportare un assottigliamento dello strato di ozono e una maggiore penetrazione delle radiazioni ultraviolette che determinerebbe un aumento delle malattie tumorali per gli esseri umani. Il fenomeno potrebbe avere anche effetti sulle specie animali che impiegano il campo magnetico per il proprio orientamento (le balene, le tartarughe, alcune specie di uccelli migratori). Resta il fatto che, mentre una parte della comunità scientifica appare più ottimista, altri studiosi sembrano ipotizzare una possibile inversione del campo magnetico in tempi relativamente brevi tra cui De Santis. Si parla di un’inversione che si potrebbe compiere in circa duemila anni.

La scoperta grazie al confronto dei satelliti Magsar Gauthier Hulot:il campo magnetico si sta indebolendo e il fenomeno si manifesta in particolari zone del nostro pianeta AFRICA POLO NORD  La scoperta grazie al confronto dei satelliti Magsar Oersted L’interno della Terra é composto da materiali fluidi contenenti ferro che generano il magnetismo terrestre Nel 2002, per esempio, Gauthier Hulot, dell’"Istituto di Fisica della Terra" di Parigi, confrontando i dati raccolti dal satellite Oersted con i dati raccolti vent’anni fa dal Magsat, ha individuato alcuni punti di flusso invertito in due zone a confine fra il Mantello e il Nucleo. In particolare uno è stato individuato sotto le regioni dell’estrema punta meridionale dell’Africa, ed è stato osservato che in quel punto il campo magnetico punta verso il centro della Terra, anziché verso il polo sud magnetico. Un’altra zona è stata individuata nelle regioni attorno al polo nord, con caratteristiche inverse rispetto al precedente. Secondo lo staff di Hulot queste scoperte potrebbero spiegare il progressivo indebolimento del campo magnetico terrestre negli ultimi 150 anni. Ciò che è sicuro per la comunità scientifica è che nel passato, come dimostrato dagli studi di paleomagnetismo, il campo magnetico ha subito, con una frequenza non regolare periodiche inversioni della sua polarità e questo fenomeno continuerà a verificarsi anche in futuro.

Queste immagini sono alcuni dei dati rilevati dal satellite Oersted Queste immagini sono alcuni dei dati rilevati dal satellite Oersted. In particolare questa immagine ci fa vedere come la Terra sia avvolta da un campo magnetico, quasi come fosse una bobina. I colori in basso indicano l’altitudine del satellite in km come una funzione geografica di posizione. (Altitude of the Ørsted spacecraft in km. as a function of geographical position.) Altitude of the Ørsted spacecraft in km. as a function of geographical position

SATELLITE OERSTED Oersted: nome del fisico che scoprì che al passaggio di corrente elettrica si genera un campo magnetico.

Ancora una volta il campo magnetico in particolare si notano le sue isolinee, linee immaginarie che uniscono i luoghi all’interno dei quali è presente lo stesso campo magnetico.

Africa: anomalie del campo magnetico terrestre Variazioni del nord America.

Variazioni del campo magnetico al polo nord Variazioni del polo sud.

IL PALEOMAGNETISMO Sostanze diamagnetiche: non risentono dell’induzione magnetica m = 0 (momento magnetico annullato dal momento angolare) (rame, argento, gas nobili) Sostanze paramagnetiche: risentono parzialmente, temporaneamente m = 0 durante l’influsso del campo magnetico B, poi ritorna alla situazione di partenza (platino, alluminio) Sostanze ferromagnetiche: risentono in modo permanente dell’induzione magnetica, gli elettroni formano DOMINI isorientati. Per rompere l’orientamento = Punto di Curié (600°C) FISICA Gli studi condotti sul paleomagnetismo , che riguarda l’analisi del magnetismo delle rocce di cui si trova traccia da milioni di anni a questa parte, hanno permesso di chiarire che sulla Terra si sono alternati periodi di polarità normale con periodi di polarità inversa.In natura si differenziano tre tipi di sostanze: diamagnetiche; paleomagnetiche; ferromagnetiche. Le prime non risentono dell’induzione del campo magnetico terrestre (momento magnetico m=0), presentano permeabilità magnetica μm minore o circa uguale a uno, ne risulta che la suscettività (Xm= μm-1) è minore o uguale a 1. Le seconde ne risentono in maniera parziale e temporanea (momento magnetico diverso da 0 sotto l’influsso del campo magnetico, poi lontano dal campo magnetico ritornano come prima), hanno permeabilità magnetica meggiore o circa uguale a 1 quindi la loro suscettività sarà maggiore o uguale a 1 . Le sostanze ferromagnetiche rimangono permanentemente isorientate secondo il campo nel momento dell’orientamento, all’interno si creano dei domini chiamati di Weiss. È possibile cambiare l’oriantamento portandole a temperature di 600° C, punto di Curiè.la permeabilità e suscettività è di gran lunga maggiore di 1..

FASCE DI VAN ALLEN Servono a proteggere la terra dal vento solare e dai raggi cosmici. Questo vento viene deviato fino ai poli e catturato dalle Fasce di Van Allen. Servono a proteggere la terra dal vento solare e dai raggi cosmici Questo vento viene deviato fino ai poli e catturato dalle Fasce di Van Allen

AURORE BOREALI

AURORE BOREALI

Questi fenomeni vengono osservati ai poli poiché sono i punti più deboli della magnetosfera Essi sono causati dall’interazione del vento solare con l’atmosfera terrestre Essi sono causati dall’interazione del vento solare con l’atmosfera terrestre

DINAMO AD AUTOECCITAZIONE NUCLEO DELLA TERRA Una dinamo è una macchina elettrica rotante e serve per trasformare il lavoro meccanico in energia elettrica, sotto forma di corrente continua N DINAMO semplice: consiste di una spira conduttrice immersa in un campo magnetico messa in rotazione da un albero. Per la legge di Faraday Neumann ad una variazione di flusso magnetico nel tempo ne consegue una produzione di corrente elettrica indotta Se ci fermassimo qui la dinamo non funzionerebbe perchè la corrente è altenata: la differenza di potenziale nella singola spira varia con l'angolo di rotazione, quindi cambia segno ogni mezzo giro producendo corrente alternata. IL FLUSSO DEL CAMPO: (legge).Unità di misura= Weber; analisi dimensionale = kg m^2 s^ -2 A^ -1 DIFFERENZA DI POTENZIALE: -ΔфB/ ΔT (LEGGE DI LENZ: IL VERSO DELLA CORRENTE INDOTTA SI OPPONE ALLA causa stessa CHE L’HA GENERATA) S Secondo la legge di Faraday-Neumann la variazione del flusso del campo magnetico nel tempo (ФB = B*S ) crea una corrente elettrica chiamata indotta.

La Terra si comporta come se fosse una grande calamita Variando l'angolo di rotazione il campo magnetico cambia segno ogni mezzo giro si connettono i capi della spira ad un oggetto chiamato "collettore" che mantiene la tensione in uscita sempre dello stesso segno: corrente da alternata continua http://www.walburgcollege.nl/vakken/natuurkunde/ntnujava/ph_nl/generator_nl.htm È quindi necessario connettere i capi della spira ad un oggetto chiamato "collettore“ che scambia i capi della spira ogni mezzo giro mantenendo la tensione in uscita sempre dello stesso segno. La Terra si comporta come se fosse una grande calamita. Il nucleo ferroso della Terra si comporta come una dinamo autoalimentata. Dalla rotazione della Terra attorno al proprio asse si genera un campo magnetico molto intenso per la presenza del ferro, che variando genera corrente indotta. La Terra si comporta come se fosse una grande calamita Il nucleo ferroso della Terra si comporta come una dinamo autoalimentata Dalla rotazione della Terra attorno al proprio asse si genera un campo magnetico molto intenso per la presenza del ferro, che variando genera corrente indotta

ANOMALIE MAGNETICHE Dorsale oceanica Teoria espansione fondi oceanici Teoria tettonica delle placche ANOMALIE: queste anomalie, positive se sono maggiori al campo magnetico medio, negative se sono minori. Allora si è scoperto da questo che si genera sempre nuova crosta oceanica che si consumerà per subduzione. Da qua ne deriva la teoria dell’espansione dei fondali oceanici. Grazie a questa scoperta la presente teoria dalla deriva dei continenti di Wegner è stata sostituita con l’attuale teoria della tettonica della placche in cui non sono solo i continenti a spostarsi ma è tutta la litosfera(crosta più LID) sull’ astenosfera in cui si trovano le celle convettive.

BIBLIOGRAFIA - SITOGRAFIA Fornasero D.(2005), La Terra che vive, Il Capitello, Torino, pp.187-188, 295-297. Tipler P.A.(2003), Invito alla fisica, Zannichelli, Bologna, pp.637, 649-651, 659-661. Parodi G.P., Ostili M., Onori G.M.(2006), L’evoluzione della fisica, Paravia, Torino, pp.186-191,219-220. Le bussole segneranno il sud, http://newton.corriere.it/PrimoPiano/News/2004/08_Agosto/23/bussole.shtml Magnetismo terrestre, http://it.wikipedia.org/wiki/Magnetismo_terrestre Il magnetismo, http://www.geologia.com/area_raga/magnetismo/magnetismo.html Il campo magnetico terrestre, http://www.bo.astro.it/universo/venere/Sole-Pianeti/planets/termag.htm Dinamo, http://it.wikipedia.org/wiki/Dinamo Polarità inversa, www.geologia.com/area_raga/magnetismo/magneti13.jpg Danish national space center, http://spacecenter.dk/ Geoscienze, www.nature.com Legge di Faraday-Neumann, E:\file\Elettrotecnica ed Elettronica_file\transi1.htm Magnetismo terrestre, http://cronologia.leonardo.it Satellite, http://server4.oersted.dtu.dk/research/ASC/news.htmlhttp://www.cortinastelle.it/aurora.htm   Geologia, http://www.ecplanet.com/canale/scienza-1/geologia-58/0/0/24450/it/ecplanet.rxdf Geologia, http://www.ecplanet.com/canale/scienza-1/geologia-58/0/0/770/it/ecplanet.rxdf Inversione di polarità, http://www.edicolaweb.net/atlan11e.htm Grazie per l’ascolto