Secondo i dati satellitari, il nucleo esterno della Terra, situato sotto l’Oceano Pacifico, ha invertito la sua direzione nel 2010.

Il ferro liquido presente nel nucleo esterno della Terra non si comporta sempre come previsto. Quando ha cambiato direzione in modo inspiegabile, i satelliti dell’ESA hanno fornito dati sulla direzione del flusso, aiutando gli scienziati a comprendere meglio le dinamiche al centro del nostro pianeta.

Il nucleo fuso, che ruota a circa 2200 km sotto i nostri piedi, genera il campo geomagnetico terrestre durante il suo movimento. Misurando piccole variazioni nel campo magnetico, gli scienziati hanno storicamente dedotto che il nucleo si muove principalmente verso ovest.

Nel 2010, però, la corrente ha inaspettatamente cambiato direzione nelle profondità dell’Oceano Pacifico, iniziando a muoversi con forza verso est. Le ragioni di questa inspiegabile inversione del flusso di materiale fuso rimangono ancora un mistero. Tuttavia, i satelliti, tra cui Swarm e CryoSat dell’ESA, hanno fornito dati che sono stati ora analizzati e pubblicati.

Lo studio , pubblicato sul Journal of Studies of Earth’s Deep Interior , analizza sia le osservazioni a terra che i dati satellitari tra il 1997 e il 2025. Sono stati utilizzati i dati delle missioni Swarm e Cryosat dell’ESA, nonché quelli della missione tedesca CHAMP e della missione Ørsted. La ricerca ha rilevato che nel 2010, un’ampia regione di fluido ricco di ferro sotto il Pacifico equatoriale ha invertito la sua direzione di movimento, passando da una debole migrazione verso ovest a una forte migrazione verso est.

Si riteneva in precedenza che il sistema del nucleo esterno si muovesse in modo relativamente stabile; questo drastico cambiamento di flusso suggerisce che non sia sempre così. Lo studio fornisce informazioni sui processi turbolenti che generano il campo magnetico terrestre e suggerisce possibili collegamenti tra le dinamiche del nucleo esterno e i cambiamenti che avvengono nelle profondità del pianeta.

L’autore principale dello studio, Frederik Dahl Madsen, della Scuola di Geoscienze dell’Università di Edimburgo, ha dichiarato: “L’inversione di flusso su larga scala sotto il Pacifico solleva nuovi interrogativi sul comportamento delle profondità della Terra. Gli scienziati ora vogliono capire se l’inversione rappresenti una fluttuazione di breve durata, parte di un’oscillazione ricorrente o un nuovo equilibrio stabile per la circolazione del nucleo terrestre. Il monitoraggio continuo sarà essenziale per determinare come si evolverà il flusso nei prossimi anni”.

Frederik ha inoltre spiegato che il modello utilizzato nella ricerca suggerisce che la corrente del Pacifico verso est si sia indebolita dal 2020, aggiungendo: “L’aumento della forte corrente verso est nel Pacifico è contemporaneo a un cambiamento di comportamento nel nucleo interno, come dedotto dalla geodesia e dalla sismologia, e ipotizziamo che questi cambiamenti nelle profondità oceaniche siano associati ai cambiamenti nella corrente al di sotto del Pacifico”.

Nucleo fuso della Terra rilevato dallo spazio

Il campo magnetico terrestre è generato dal movimento del nucleo esterno liquido, dove il ferro fuso, elettricamente conduttore, circola attorno al nucleo interno solido. Questa geodinamo è in continua evoluzione, ma molti dei suoi modelli di flusso a lungo termine si sono dimostrati relativamente stabili nel corso di decenni di osservazione.

Lanciati nel 2013, i tre satelliti Swarm sono dotati di magnetometri ad alta sensibilità in grado di mappare il campo magnetico terrestre con eccezionale precisione. Grazie a orbite attentamente coordinate, i satelliti possono distinguere i segnali magnetici provenienti dal nucleo terrestre da quelli prodotti dalla crosta, dagli oceani, dalla ionosfera e dalla magnetosfera.

Queste osservazioni hanno permesso ai ricercatori di ricostruire i modelli di flusso in evoluzione al confine tra nucleo e mantello e di identificare i cambiamenti improvvisi associati all’inversione del Pacifico e alla variazione geomagnetica del 2017.

Secondo Anja Stromme, responsabile della missione Swarm dell’ESA, i dati a lungo termine forniti da Swarm sono importanti per questo studio. Ha osservato: “Sebbene Swarm sia stato lanciato dopo il drammatico evento di inversione del 2010, ha fornito dati di alta precisione che ci forniscono informazioni sul nucleo interno della Terra nel periodo successivo.

“È importante sottolineare che Swarm fornisce una copertura globale continua per molti anni, consentendo agli scienziati di monitorare l’evoluzione delle dinamiche del nucleo terrestre nel tempo, anziché affidarsi esclusivamente agli osservatori magnetici terrestri. Le misurazioni magnetiche satellitari di lunga durata permettono ai ricercatori di seguire i cambiamenti della geodinamo in tempo quasi reale e di migliorare i modelli di evoluzione del campo magnetico terrestre. Le future osservazioni di missioni come Swarm avranno un ruolo cruciale.”

I dati satellitari hanno inoltre permesso ai ricercatori di rilevare accelerazioni ondulatorie e strutture di flusso in rapida evoluzione che altrimenti sarebbero rimaste nascoste all’interno di set di dati più rumorosi. Lo studio suggerisce anche che il flusso verso est potrebbe ora indebolirsi nuovamente dopo aver raggiunto un picco diversi anni fa, sollevando la possibilità che l’evento rappresenti un’oscillazione temporanea o parte di un ciclo naturale più lungo nella dinamica del nucleo terrestre.

Comprendere il nostro sistema terrestre

Sebbene questi processi avvengano molto al di sotto della superficie terrestre e non rappresentino un pericolo per le persone o per il clima, sono fondamentali per comprendere il funzionamento del nostro pianeta. Il movimento del ferro liquido nel nucleo esterno genera il campo magnetico terrestre, che protegge il pianeta dalle particelle cariche provenienti dal sole. Senza di esso, l’atmosfera terrestre e le infrastrutture tecnologiche sarebbero molto più esposte alle dannose radiazioni solari.

Il campo magnetico non è fisso. Cambia lentamente nel tempo con l’evoluzione del flusso del nucleo terrestre, influenzando ogni aspetto, dai sistemi di navigazione alle operazioni dei veicoli spaziali e ai modelli di meteorologia spaziale in prossimità della Terra. Comprendere come e perché il nucleo cambia è quindi importante sia dal punto di vista scientifico che pratico.

Secondo Elisabetta Iorfida, scienziata della missione Swarm dell’ESA, l’inversione della circolazione atmosferica del Pacifico mette in discussione l’ipotesi che il nucleo esterno sia dominato da una circolazione stabile verso ovest. Ha osservato: “Questo studio dimostra che i cambiamenti regionali possono emergere rapidamente in appena un decennio. I risultati potrebbero anche aiutare gli scienziati a indagare sulle possibili interazioni tra il nucleo esterno della Terra, il nucleo interno e il mantello inferiore e, quindi, fornire maggiori informazioni sul confine nucleo-mantello, che è una regione critica per le dinamiche profonde della Terra.”

“Questa ricerca solleva interrogativi affascinanti su come gli strati più profondi della Terra siano dinamicamente connessi. Con l’evoluzione continua del campo magnetico, le missioni satellitari stanno fornendo una visione sempre più dettagliata dei processi dinamici che si svolgono nelle profondità del nostro pianeta, rivelando che il nucleo terrestre potrebbe essere molto più variabile e complesso di quanto si credesse in passato.”

Abstract

Questo articolo è stato pubblicato, dopo la revisione paritaria, sul Journal of Studies of Earth’s Deep Interior (jSEDI). In questo articolo, studiamo il comportamento del flusso di fluidi nel nucleo esterno della Terra durante il XXI secolo. Il flusso del cocktail di ferro liquido nel nucleo esterno della Terra genera il campo geomagnetico e il suo tasso di variazione, la variazione secolare. Supponendo che la diffusione magnetica sia trascurabile su scale temporali inferiori a 100 anni, possiamo invertire le osservazioni della variazione secolare (SV) provenienti da osservatori terrestri e satelliti geomagnetici per ottenere modelli del flusso di fluidi nella parte superiore del nucleo. Studiamo il flusso nucleo-superficie, modellato a partire dalle osservazioni della SV dal 1997 al 2025. Storicamente, il flusso nucleo-superficie è stato prevalentemente verso ovest, come richiesto per mantenere un campo magnetico che si sposta verso ovest, associato a una spirale planetaria di flusso verso ovest, disallineata rispetto all’asse di rotazione terrestre. Questo vortice non influenza la corrente nel Pacifico equatoriale, e abbiamo riscontrato che la corrente in quest’area cambia nel 2010, passando da una debole direzione verso ovest a una forte direzione verso est. Il nostro modello suggerisce che la corrente del Pacifico verso est si sia indebolita a partire dal 2020. L’aumento della forte corrente verso est nel Pacifico è contemporaneo a un cambiamento di comportamento nel nucleo interno, come osservato da studi geodetici e sismologici, e ipotizziamo che questi cambiamenti nelle profondità oceaniche abbiano innescato le variazioni di corrente dedotte al di sotto del Pacifico.

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