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22 Dicembre 2007 SCIENZA
Science News
NORD VIA NORDOVEST
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Gli esploratori nel deserto o nel cuore della giungla spesso ripongono la loro fiducia sulla bussola. Ma ogni navigatore sa che una bussola non è sempre affidabile: solo lungo certe longitudini nell´Emisfero Settentrionale una bussola punta effettivamente il suo ago al vero nord.

a9134_1429.jpgIn altre località, l´ago oscillerà a destra e sinistra del vero nord di un certo angolo, un processo comunemente conosciuto come declinazione. Questo perché una bussola non è attratta dal polo nord geografico, il punto in cui l´asse rotazionale della terra incontra idealmente i ghiacci artici. Invece, l´ago è attratto dal polo nord magnetico, l´area in cui l´invisibile campo magnetico terrestre emerge dalla superficie e punta direttamente verso l´alto.

Gli astronomi sanno da tempo che una bussola non sempre indica il vero nord, una zona nel cielo notturno che giace entro 0, 5° dalla Stella Polare, la Stella del nord. Le loro misure della declinazione, insieme a quelle registrate dagli esploratori dei mari, resero possibile ai navigatori del XVI secolo di percorrere le rotte commerciali, specie quelle che collegavano il Vecchio Mondo al Nuovo. Quel che molti scienziati non hanno apprezzato fino al 1600 circa è che la declinazione varia col passare del tempo. E di qui la rivelazione: il polo magnetico si muove!

Quale differenza può fare nel mondo moderno, in cui piloti, navigatori, e perfino campeggiatori, dipendono in misura crescente da tecnologie basate sul satellite come il Global Positioning System per trovare la strada? In pratica, non molta: i poli magnetici della Terra non sono situati in regioni remote e nei tempi recenti si sono spostati, al massimo, di poche dozzine di chilometri in un anno. Ad ogni modo, una leggera variazione del polo magnetico è un alleato prezioso per gli archeologi ed altri ricercatori, che studiano il passato. Spesso le sostanze magnetiche contenute in rocce, pitture ed altri materiali si allineano con il campo magnetico terrestre sotto determinate condizioni climatiche, il che ha messo i ricercatori in condizione di determinare quando una pittura murale è stata dipinta, quando una città è stata costruita, o quando un focolaio è stato usato per l´ultima volta.

Tracciamo una linea tra i poli geografici tra nord e sud, ed essa passerà per il centro del pianeta. La rotazione della terra attorno al suo asse una volta ogni 24 ore, produce il familiare ciclo giorno-notte. A differenza dei poli geografici, ad ogni modo, i poli magnetici nord e sud del nostro pianeta non sono situati direttamente in posizione opposta l´uno all´altro, spiega Nols Olsen, geofisico dell´Università di Copenaghen.

I poli geografici della Terra sono più o meno stabili, dondolando avanti e indietro attraverso il territorio di soli pochi metri all´anno. I poli magnetici nord e sud sono molti più mobili, e si muovono indipendentemente l´uno dall´altro, ha dichiarato Olsen. Ora situato nell´Oceano Artico, appena a nord del Canada, il polo nord magnetico si muove verso nord in direzione della Siberia di circa 50 km all´anno. Il polo sud magnetico, appena a largo della costa Antartica a sud dell´Australia si muove anch´esso in direzione nord per ora ma di soli 5 km/anno, secondo gli studi di Olsen e Mioara Mandea, geofisici del Centro Nazionale delle Ricerche per le Geoscienza a Postdam, Germania.

Tale oscillazione è dovuta ad irregolarità nel processo che genera il campo magnetico, sostiene Olsen. Sebbene il nucleo centrale della terra sia solido, e principalmente composto di ferro, il suo strato più esterno è un mix sciolto di ferro e metalli più leggeri in costante movimento. Il fluire di questo materiale, che porta particelle cariche e conduce elettricità, produce il campo magnetico, sostiene Olsen. Turbini di lunga durata e correnti vorticose nel fluido, che si muovono ad una velocità media di 20 km/ora e non sono più vischiose dell´acqua, rendono il campo magnetico nelle profondità della Terra molto più complesso di quanto esso sia sulla superficie del pianeta. "È un sistema altamente caotico" ha dichiarato Olsen.

In particolare, nota, le turbolenze possono creare "zone a flusso inverso" regioni della superficie dello strato più esterno in cui le linee del campo magnetico puntano opposte a quelle predominanti sulla superficie della Terra. Variazioni nella dimensione e nella forza di queste zone comportano significative implicazioni circa la località ed il movimento dei poli magnetici. Per esempio, la crescita ed il movimento di una zona di flusso inverso sotto il nord del Canada determinerà che il polo nord magnetico venga poi ad emergere verso la Siberia.

Alla velocità attuale, il polo nord magnetico passerà entro 400 km dal polo nord geografico nel 2018, sostengono Olsen e Mandea. Per via della natura caotica del processo di generazione del campo nello strato esterno, prevedere la posizione del polo per più di un decennio nel futuro è ostico, ha spiegato Olsen. Ciononostante, il polo ha continuato a muoversi verso nordovest, seppure a velocità differenti, per più di un secolo.

Nelle ultime decadi, il rafforzarsi delle zone a flusso inverso specie quelle sotto il Canada e sotto l´Oceano Atlantico del Sud ha indebolito il campo magnetico della Terra, ha dichiarato Olsen. Se la forza complessiva del campo continuerà a scendere al tasso attuale, raggiungerà zero in poche centinaia di anni. Ad ogni modo, egli nota, non è chiaro se le recenti fluttuazioni nella forza del campo sono variazioni di routine o il preludio di un´inversione completa del polo magnetico terrestre qualcosa che accade, di media, ogni quarto di milione di anni circa.

Malgrado la forza del campo magnetico terrestre sia attualmente in stato decrescente, è il 50% più forte della media stimata per i passati 60 milioni di anni, ha dichiarato Lisa Tauxe, una paleomagnetista all´Istituto Scripps di Oceanografia a La Jolla, California. Al suo picco più recente, circa 2, 000 anni or sono, il campo magnetico era circa due volte più forte di adesso. "I dati sono frammentari, ma abbiamo un´idea approssimativa di quel che accade" ha notato. I dati suggeriscono inoltre che "il campo possa mutare rapidamente in un periodo di tempo più breve di quanto gli scienziati avessero pensato finora".

Solo negli ultimi secoli gli scienziati hanno visitato i poli magnetici della terra. I primi esploratori a trovare il polo nord magnetico si trovavano a Capo Adelaide, sulla costa ovest della Penisola di Boothia nel Canada, nel 1831. Una spedizione di 73 anni successiva, scoprirono che il polo si era spostato di circa 50 km verso nord-est. Nel secolo seguente, il polo si spostò di altri 1, 300 km verso nord-ovest, lungo lo stesso percorso che compie oggi.

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Nonostante la sua storia limitata di osservazioni dirette, gli studiosi possono usare vari indizi per stimare la dimensione, la forza e la polarità del campo magnetico terrestre nel passato. Per esempio, alcuni minerali che cristallizzano come la lava possono registrare la direzione del campo magnetico terrestre al tempo in cui si verificò l´eruzione, ha dichiarato Steven T. Johnston, geologo dell´Università di Victoria nel British Columbia. In molti casi, una tale informazione mette gli scienziati in condizioni di stabilire la latitudine dove i pezzi della crosta della Terra si originarono e pertanto inferire il loro moto tettonico a lungo termine.

Fino a quando i minerali magnetizzati non saranno riscaldati sopra la temperatura caratteristica conosciuta come temperatura Curie, l´allineamento dei materiali magnetici contenuti all´interno rimane intatti. Se le rocce si riscaldano oltre la temperatura Curie, che tipicamente giace tra 500° e 600°, le informazioni magnetiche immagazzinate possono essere scombinate, ha dichiarato Cathy Batt, un paleoarcheologa dell´Università di Bradford in Inghilterra. Quindi, quando le rocce si raffreddano, i loro materiali magnetici si riallineano con il campo magnetico della terra. Poiché i fuochi solitamente sono più caldi della temperatura Curie dei minerali, i materiali magnetici si allineano all´ultimo momento in cui un fuoco è stato acceso al luogo una scoperta di grande interesse per un archeologo, ad esempio.

Combinando i dati raccolti da geologi e archeologi, i ricercatori hanno monitorato il moto dei poli magnetici per gli ultimi 7, 000 anni o circa, ha dichiarato Mandea. Durante quel periodo, i poli magnetici hanno oscillato attraverso tutte le longitudini, approssimativamente abbracciando i poli geografici. Mentre il polo nord magnetico è rimasto bene entro il Circolo Artico, il polo sud magnetico si è recentemente spostato più lontano del polo sud geografico ed è ora attorno a 64°S.

Usando le informazioni raccolte tra l´Inghilterra ed il Galles, Batt e colleghi hanno compilato una raccolta di dati sul modo in cui la declinazione magnetica è variata nella regione durante gli scorsi 4, 000 anni. Per offrire una comparazione più utile tra i siti, i ricercatori hanno aggiustato una certa misura per riprodurre un campo magnetico simile a quello di Meridien, Inghilterra, una città a circa 150 km a nord ovest di Londra. Il modello potrebbe essere valido per ogni altro sito a 500 km di quella città, che è approssimativamente il centro della regione Inghilterra-Galles.

I dati del team includono anche informazioni relative all´inclinazione magnetica, l´angolo tra le linee del campo magnetico terrestre ed il piano orizzontale. Solo pochi degli 858 set di misurazioni includono dati circa la paleointensità ovvero quanto forte il campo magnetico della terra fosse al tempo in cui sono stati raccolti. La combinazione di due o più di questi parametri mette i ricercatori in condizione di stimare meglio l´età di un manufatto, quando altri indizi non offrono una risposta chiara.

La maggior parte dei secoli durante gli ultimi 4 millenni sono rappresentati da almeno 10 punti di dati. Ad ogni modo, pochi siti archeologici sono stati datati ai secoli tra il 600 e l´800 d.C. che gli storici spesso riferiscono come Anni Bui. Dati per i secoli precendenti al 1000 a.C. sono similmente sparsi.

Nel corso degli ultimi 4 millenni, le declinazioni magnetiche in Inghilterra hanno variato l´angolo di 70° e la loro inclinazione magnetica ha variato di 25°, riporta la ricerca.

Per testare il loro modello, Batt e colleghi hanno analizzato il sito archeologico esposto durante la costruzione della città bassa di Exeter, Inghilterra. La città era stata popolata continuativamente, dal periodo romano, così i siti dell´area spesso includono un insieme di reperti di diversi periodi storici. Un campione che il team ha analizzato proviene probabilmente dal caminetto di una casa. Un altro campione era, probabilmente un pezzo di terra bruciata.

La combinazione di declinazione e inclinazione del reperto trovato nel caminetto suggerisce che il materiale potrebbe essere in ultimo stato riscaldato durante uno qualsiasi dei tre intervalli durante gli ultimi 4 millenni, ha dichiarato Batt. Ad ogni modo, poiché questi lunghi intervalli predatano di molto l´occupazione conosciuta nell´area, i ricercatori hanno respinto questa possibilità. Pertanto, il caminetto probabilmente ospitò un fuoco per l´ultima volta nell´XI secolo, durante il primo periodo medioevale europeo. Le parti arse di suolo sono di un secolo o circa precedenti a questo, secondo quanto suggeriscono i dati magnetici.

Usando dati paleomagnetici offre agli archeologi "un buono strumento per realizzare chi occupò un´area particolare ad un tempo particolare, e quel che facevano" ha dichiarato Batt.

Un dibattito tra gli storici inglesi riguarda l´elemento che stimolò lo sviluppo della nazione. Re Alfredo, che con suo fratello unificò la nobiltà alla metà dell´800, commissiono fortificazioni difensive in molte aree del sud dell´Inghilterra dopo gli attacchi Vichinghi attorno all´860. Una prima questione: erano le città circondate da queste fortificazioni già sviluppate prima della costruzione delle difese, o queste fortificazioni offrirono la protezione necessaria perché piccoli villaggi cominciassero a sorgere?

a9134_3499.jpgInformazioni dissotterrate durante un progetto di costruzione nella parte bassa di Winchester, circa 90 km a sud ovest di Londra, potrebbe aiutare a fissare il dibattito, ha dichiarato Ben Ford a Oxford (Inghilterra). Gli archeologi ed il direttore degli scavi al sito. Durante un´indagine di cinque mesi ad un sito di 2, 000 metri quadrati, con i colleghi ha scoperto i resti di molte strutture antiche, incluse alcune officine di fabbri ferrai. I ricercatori hanno prelevato campioni da ognuno dei 17 focolari, stimato la loro età usando tecniche di datazione paleomagnetica, e quindi materiale organico datato al carbonio, come ceneri, semi bruciati, e bastoncini, presumibilmente i resti degli ultimi fuochi per verificarne i risultati.

La maggior parte delle antiche strutture sono state trovate in un´area della misura di 60 m di lunghezza e 12 di larghezza, un indizio che gli edifici si trovassero addossati gli uni gli altri lungo una rotta stabilita, ha dichiarato Ford. La gamma completa delle età stimate dei focolai di Winchester spazia dal IX al XIV secolo. Risultati preliminari per due dei campioni suggerisce che quelle strutture furono usata attorno all´840 e l´850 decenni che chiaramente predatano i lavori commissionati da Re Alfredo.

"Queste scoperte offrono dettagli che i dati storici di un´area non sono ben noti" ha dichiarato Mark Hounslow, un geografo dell´Università di Lancaster, che ha lavorato al sito di Winchester.

La scoperta di così tanti focolari di età differenti ad uno stesso sito è un ottimo alleato per i paleomagnetisti, ha dichiarato Ford. I risultati delle analisi paleomagnetiche del team possono essere aggiunte a comprensivi database come quello di Batt, egli nota. E le nuove scoperte possono permettere agli scienziati di regolare la sintonia del movimento del percorso del polo magnetico inferito da questi dati.

Mediante l´uso dei dati paleomagnetici, i ricercatori avranno un´arma in più per determinare l´età di oggetti come monete o forme di ceramica, ha dichiarato Ford. "Ora possiamo scrivere la storia dai dati archeologici".


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