Le origini del campo magnetico terrestre rimangono un mistero

Rimane il mistero di quando realmente il campo magnetico terrestre ha avuto origine, ecco cosa hanno scoperto alcuni ricercatori

Minerali microscopici scavati da un antico affioramento di Jack Hills, nell’Australia occidentale, sono stati oggetto di intensi studi geologici, poiché sembrano contenere tracce del campo magnetico terrestre che risale a 4,2 miliardi di anni fa. È quasi 1 miliardo di anni prima di quando si pensava che il campo magnetico avesse avuto origine, e quasi ai tempi in cui il pianeta stesso si era formato. 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 oggi su Science Advances, il team ha esaminato lo stesso tipo di cristalli, chiamati zirconi, scavati dallo stesso affioramento e ha concluso che gli zirconi raccolti non sono affidabili come registratori di antichi campi magnetici.

In altre parole, non è ancora chiaro se il campo magnetico terrestre esistesse prima di 3,5 miliardi di anni fa. “Non esistono prove solide di un campo magnetico prima di 3,5 miliardi di anni fa, e anche se ci fosse un campo, sarà molto difficile trovare prove per esso negli zirconi di Jack Hills”, afferma Caue Borlina, del MIT Dipartimento di scienze della terra, atmosferiche e planetarie (EAPS). “È un risultato importante nel senso che sappiamo cosa non cercare più.”

Rimane il mistero di quando realmente il campo magnetico terrestre ha avuto origine

Borlina è il primo autore del documento, che comprende anche il professor EAPS Benjamin Weiss, il principale ricercatore Eduardo Lima e lo scienziato ricercatore Jahandar Ramezan del MIT, insieme ad altri dell’Università di Cambridge, Harvard University, Università della California a Los Angeles, Università di Los Angeles Alabama e Princeton University. 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 sorta di 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 linee di prova 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 guidato da qualche altro meccanismo prima di 1 miliardo di anni fa.

Appuntare esattamente quando si è formato il campo magnetico potrebbe aiutare gli scienziati a capire che cosa l’ha generato all’inizio. Borlina afferma che l’origine del campo magnetico terrestre potrebbe anche potrebbe anche farci capire quali sono state le prime condizioni in cui le prime forme di vita della Terra hanno preso piede.

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, per così dire. 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, Weiss e il suo gruppo hanno studiato la magnetizzazione delle rocce di Jack Hills e dei grani di zircone, con l’obiettivo di stabilire se contengano antichi registri del campo magnetico terrestre. “Gli zirconi di Jack Hills sono alcuni degli oggetti più debolmente magnetici studiati nella storia del paleomagnetismo”, afferma Weiss. “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.”

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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 risalivano a 4,2 miliardi di anni fa – la prima prova che il campo magnetico terrestre potrebbe esistere prima di 3,5 miliardi 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 il cristallo di zircone formato 4,2 miliardi di anni fa – un obiettivo che lui e il suo team hanno raggiunto per il loro nuovo documento.

Borlina, Weiss e i loro colleghi avevano raccolto rocce dallo stesso affioramento di Jack Hills, e da quei campioni, estraevano 3.754 granuli di zircone, ciascuno lungo circa 150 micrometri – circa la larghezza di un capello umano. 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 immaginato quei campioni, cercando segni di crepe o materiali secondari, come i minerali che potrebbero essere stati depositati sul cristallo o all’interno del cristallo dopo che si era completamente formato, e ha cercato prove del fatto che fossero stati riscaldati in modo significativo negli ultimi pochi 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 potrebbero contenere. Alla fine hanno stabilito che un minerale magnetico chiamato 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 la magnetite che giace lungo fessure o zone danneggiate all’interno degli zirconi. Tali crepe, dice Borlina, sono percorsi che consentono all’acqua e ad altri elementi 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.

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

“Per me, questi risultati mettono in grande dubbio il potenziale degli zirconi di Jack Hills di registrare fedelmente l’intensità del campo paleomagnetico prima di 3,5 miliardi di anni”, afferma Andy Biggin, professore di paleomagnetismo all’Università di Liverpool, che non era coinvolto nella ricerca.


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