Il nucleo della Terra: parte seconda

Torno a parlare del centro della Terra.
Lo so, lo faccio apposta – dico al mio cane – Lo faccio per ravanarti il cervello. E forse per questo mi dovresti ringraziare. Meglio che stare lì a leggere playdog2000.

E voi? Se ne avete voglia e tempo unitevi.
Abbiamo detto che il centro del nostro pianeta non si muove in sincronia con il resto del pianeta.
Oltre alle solite implicazioni di cui abbiamo parlato, vi voglio parlare di un aspetto fisico/ingegneristico legato a tale fenomeno.

campo_magnetico_terrestre_clip_image002A tutti è noto, dalle nozioni apprese a scuola, che la Terra si comporta come se al suo centro vi fosse una calamita a forma di sbarra, cioè una sorta di dipolo magnetico (cioè quel sistema  ideale costituito da due poli magnetici separati da una distanza, nord, sud), il cui asse è leggermente inclinato di circa 11° rispetto all’asse di rotazione terrestre.

Sappiamo inoltre che il campo magnetico terrestre non è costante nel tempo ma è dinamico e attivo e subisce variazioni in termini di direzione e d’intensità.

Inizialmente si era pensato che l’orientamento verso Nord di un ago magnetico, fosse dovuto alla presenza di grandi giacimenti di magnetite.
Non era così, in quanto la temperatura all’interno del pianeta non consente a nessuna sostanza di mantenersi magnetizzata.

Un bel problema. Ed è rimasto un bel problema per diverso tempo.
Ed ecco poi la grande scoperta. (se la lettura finora è stata scorrevole, ora concentratevi).
Si scoprì che un campo magnetico può essere prodotto da una corrente elettrica e viceversa. Si ipotizzò che il campo magnetico terrestre fosse generato da correnti “elettriche” prodotte nello stesso strato di ferro fuso che avvolge il nucleo solido del pianeta.
Praticamente il campo di forze magnetiche si origina dal nucleo terrestre. Ma i meccanismi erano ignoti.

Correnti elettriche nel centro della Terra, penserete. Come è possibile?
Proprio così ed è possibile.

Oggi i geofisici ritengono che l’interno della Terra si comporti come una enorme “dinamo autoalimentante” che trasforma l’energia meccanica del fluido in energia magnetica dal momento che lo fa da almeno 3 miliardi di anni (quindi si autoalimenta).
Il fenomeno è ben noto agli ingegneri elettrotecnici (come me), che generano corrente elettrica continua. Questi sono i principi basilari della cosiddetta ”teoria dinamo” nell’ambito di un complicato capitolo della teoria dinamica dei fluidi, la magnetoidrodinamica.

Ma che c’entra – vi domanderete – la corrente elettrica con le forze elettromagnetiche della Terra?
Dallo studio dell’elettricità, come già detto, si possono produrre campi magnetici mediante correnti elettriche e viceversa. Le grandi dinamo delle centrali energetiche funzionano così. Producono energia elettrica facendo ruotare delle spire avvolte su loro stesse in un campo magnetico. Fidatevi di me.

Veniamo al sodo.
I componenti principali del nucleo sono il ferro e il nikek altamente conduttivi (elettricamente).
Il moto rotazionale di questo fluido terrestre è assimilabile ad una corrente elettrica che circola in una gigantesca spira (ideale) e questa, a sua volta, genera un campo poloidale al suo centro.

Questa dinamo terrestre autoeccitante sarebbe costituito quindi dal nucleo, fluido e ricco di ferro della Terra, rimescolato da continui moti convettivi prodotti dal calore radioattivo generantesi dal nucleo stesso.
Tutto avrebbe inizio con la presenza di un casuale, anche se piccolo, campo magnetico che interagirebbe col ferro fluido in movimento, producendo correnti elettriche che a loro volta creerebbero un ulteriore campo magnetico, iniziando così un processo a catena autosostenuto La dinamo autoeccitante, per l’appunto.

dinamoterrestre

Chiaro? Forse non tutto?
Ok, ricapitolo. Una parte del nucleo è formata da ferro allo stato liquido/viscoso mantenuto in movimento da correnti termiche e dalla rotazione terrestre. Come la dinamo di un generatore elettrico, questo ferro in movimento crea immense correnti elettriche e un enorme campo di forza magnetica che insieme avvolgono la Terra e si propagano nello spazio. Ogni tanto, le turbolenze che si creano nel flusso delle linee di forza fanno spostare i poli.

Per chi ne vuole sapere soltanto un po’ di più dico che una dinamo è una macchina fatta da spire (rotore) avvolte una sull’altra immerse in un coppia di un magnete a polarità inversa (nord e sud), rotore, fatte rotare da un albero. Nelle spire, per una legge fisica, si genera una corrente che con opportuni accorgimenti diventa corrente continua utilizzabile.
Fine.

Ora, quando vi capita, tirate fuori quello che vi ho detto. Farete un figurone.

(fonte:Astronomica Mentis, mei libri universitari)


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Informazioni su bruce

Ingegnere. Io sono responsabile di quello che dico, non di quello che capisci tu. (Massimo Troisi)
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18 risposte a Il nucleo della Terra: parte seconda

  1. Rebecca ha detto:

    Ecco da quello che ho capito io, nasce subito una domanda.. allora se dentro nel nostro pianeta c’è un mega dinamo capace produre una specie di corrente.. allora non c’è la possibilità di sfruttare questa energia terrestre?? Sarebbe la scoperta dei secoli.. e cosi sarebbe energia più che sufficente finche la terra esiste..
    Forse non ho capito nulla e la mia fantasia ha vatto un’altro viaggio inutile 😐

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    • Rebecca ha detto:

      vollevo dire ha fatto non vatto…

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    • bruce ha detto:

      Gran bella domanda cara Pif.
      Allora sfrutto questa occasione per fare un discorso un po’ più allargato.

      “Energetica” è stato il mio penultimo esame nel corso di laurea in ingegneria elettrotecnica.

      L’ingegneria elettrotecnica (o elettrica secondo la nuova definizione) è quella branca dell’ingegneria che si occupa della produzione, trasformazione, trasporto e distribuzione dell’energia elettrica e dello studio e delle applicazioni dei fenomeni elettromagnetici.

      L’energia elettrica si può ottenere in una gran varietà di modi fruttando proprio la natura ovvero i suoi elementi o le loro proprietà fisiche.
      Dal Sole, dall’acqua, dal vento, dal mare, dall’atomo, carbone, petrolio, gas e molti altri di minore interesse economico (ho letto cose come le vele eoliche sospese in aria come aquiloni).
      Ed anche dal magma terrestre come giustamente e con grande intuizione hai detto te.

      I problemi per la loro trasformazione in energia elettrica e conseguentemente alla produzione e distribuzione sono fondamentalmente di due tipi: tecnico ed economico e aggiungerei di sicurezza.

      Ingegneristicamente parlando, allo scopo di non turbare gli ambientalisti, l’energia ricavata dall’atomo è complicata ma, contrariamente a quello che molti non credono, è la più economica ed anche la più “pulita”. Una volta risolto il problema della sicurezza delle centrali e delle zone di stoccaggio delle scorie (attualmente ci sono metodi sicuri) è destinata ad essere l’energia del futuro. Ci sono altri modi per lo sfruttamento dell’atomo per esempio da plasmi (praticamente privi di inquinamento), ma per ora c’è molto da lavorare di tecnologia.
      L’energia solare ha dei fortissimi limiti e il suo uso è prevalentemente destinato ad essere una fonte solo alternativa in una percentuale comunque sempre bassa. Praticamente non è utilizzabile su vasta scala e dalle grande industrie.
      Le centrali idroelettriche sono l’ideale per nazioni come l’Italia che può sfruttare i grandi serbatoi naturali d’acqua che sono le Alpi.
      Lo sfruttamento del vento, sempre ingegneristicamente parlando è un’altra opportunità per ricavare energia elettrica, ma all’atto pratico si è dimostrato fallimentare e fortemente deturpante per l’ambiente.
      Poca cosa si può ricavare dal moto ondoso dei mari, e tecnicamente inadatto (per motivi che non sto a spiegare) oltre ai costi.
      Il petrolio e il gas sono attualmente le fonti più utilizzate per ricavare l’energia elettrica per via dei costi e la tecnologia di utilizzo. Le centrali a carbone sono state convertite per il forte inquinamento, anche se c’è un ripensamento con il cosiddetto carbone pulito (clean coal). Ma un giorno, forse ancora lontano, sono destinate a diminuire sempre più fino all’esaurimento.

      E siamo arrivati al nostro magma. (finalmente dirai te, ma necessario)
      L’unico modo per ricavare energia da fonti ad alte temperature è quella di utilizzarla per surriscaldare acqua ed utilizzarla nelle turbine a vapore e conseguentemente trasformata in elettricità da grandi alternatori.
      Prima di tutto bisogna raggiungere questi serbatoi di calore che sono a grandi profondità e che raggiungono i 5000 gradi (il ferro fonde e circa 1500 gradi).
      Ora puoi capire quali sono i problemi e limiti per convogliare il calore fino a renderlo disponibile per la evaporazione dell’acqua da utilizzare nelle turbine.
      Solitamente i luoghi a basse profondità sono anche quelli soggetti a vulcanismo e ai terremoti.
      Insomma una fonte per ora ben lontana da essere presa in seria considerazione nell’imminente per produrre corrente elettrica.

      Ciao Pif, un po’ lunga (e superficiale) come spiegazione ma tecnica e credo necessaria per i non addetti ai lavori o fertemente di parte.
      Bruce

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      • Rebecca ha detto:

        ti hai spiegato bene e anche in parole semplice cosi anche una Pif capisce qualcosa 😆 .. immagginavo che non siamo ancora in grado a sfruttare questa fonte di energia… ma ora un’altra domanda si come che tu sei molto sapiente 😀
        Noi per ora usiamo il gasolio per scaldare la casa.. un impanto vecchissimo e a me sembra che la caldaia e anche fuori ogni regola di sicurezza (e dai anni 40 :mrgreen: ) insomma noi anzi Gianni vuole prendere una caldaia a pellets.. ora mi domando?? Vedo tante case che hanno i detti coperti di panelli solari una superfice di 85 metri quadrati e sufficente per scaldare una casa di cica 60 metri quadrati.. io sarrei per panelli solari… ma gianni dice meglio la caldaia a pellets…
        e tu cosa dici????
        Ah dimenticavo l’acqua scaldiamo con il gas…

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        • Rebecca ha detto:

          Sbagliato possiamo uttilizzare soltanto 80 metri quadrati dal tetto… e da scaldare sarebbano 85 metri quadrati e magari più 20 mg della taverna 😀 … ci vuole per forza una caldaia a pellets o si pò fare anche con panelli solari?

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        • bruce ha detto:

          Faccio una premessa doverosa che non farei in altri casi.
          Per una famiglia come la vostra, rispettosa verso la natura e la conservazione della natura stessa, non ci dovrebbero essere dubbi a NON usare stufe a pellet, che ricordiamo sono pezzetti di legno di castagno pressato e trattato sotto forma di tronchetti rotondi.
          A questo c’è da aggiungere che i pellet vengono venduti in sacchetti da circa 15 kg, che quindi generano scarto, ovvero inquinamento.

          L’uso di stufe a pellet è del tutto scomparso dall’uso domestico. Viene generalmente utilizzato in casolari, o case periferiche o isolate che dispongono di adeguati ripostigli e tanta buona volontà.
          L’uso del pellet ricorda le classiche stufe a legna dal momento che ricordano l’ambiente “rustico” di una volta. La sua scelta è più un fattore affettivo che tecnico e economico. Evidentemente tuo marito è un conservatore e sarà difficile convincerlo del contrario qualsiasi sia la spiegazione dei vantaggi e svantaggi che darei sulle stufe a pellet.

          Dal momento che non avete preso in considerazione le tradizionali stufe a gas, la scelta mi sembra obbligatoria verso il fotovoltaico, che tra l’altro è favorito dall’ampia superfice che avete a disposizione e non inquina. E dalla bassa potenza richiesta per una famiglia di solo due persone e mezzo. 😆
          A questo punto la questione è unicamente nell’investimento e nella sua durata d’ammortamento. E in questo non posso entrare nel merito.

          Un caro saluto
          Bruce

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          • Rebecca ha detto:

            Grazie… quando viene Gianni a casa lo faccio vedere il tuo commento… ma so già purtroppo la risposta 😦 … ma forse riesco convincerlo 😆 .. abbiamo ancora 5 mesi di tempo a discuttere … normalmente vinco io nelle discussioni :mrgreen: .. ma con ste pallet e come avere un chiodo fisso nella mente… uffa…
            simpatico la tua affermazione due persone e mezzo.. dovevi scrivere due persone e un ottavo di essere vivente 😀 ti abbraccio carissimo simpaticissimo Silvano

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          • bruce ha detto:

            … ma so già purtroppo la risposta 😦 … ma forse riesco convincerlo 😆

            Ho qualche dubbio che riuscirai a convincerlo. E’ troppo … grosso 😆
            Io farei un compromesso: trasformazione della vecchia caldai a impianto a gas, è sicura, pulita, la regoli come vuoi, e poi dal momento che dovevate comunque avere per la stufa a pellet una canna fumaria, allora tanto vale fare un bel caminetto, caldo e accogliente, la legna da più calore in casa e dentro di voi. Poi una poltrona a sinitra per te, una a destra per tuo marito e un tappetino al centro per il cane.
            Un bel libro per te, una torta a Gianni e un osso al cane. Cosa volete di più?
            Bruce

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          • Rebecca ha detto:

            Sembra come telepatia… oggi lui ha detto nessuna caldaia, ma solo una stuffa a pellet nel salotto attacato al vecchi camino della caldaia di gasolio… poi saranno tubi che bassano nelle altre stanze doce viene fuori l’aria calda.. beh se lui lo vuole pazienza… e poi la stuffa a pellets si vede il fuoco.. sembra una cosa romantica… vediamo almeno il colore sceglio io rosso antico con ottone 😀 ….

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    • Franco Prati ha detto:

      Ciao
      Le linee di campo elettromagnetiche del magnetismo terrestre, sono continue oppure se misurate mostrano una frequenza alternata dovuta alla rotazione del nucleo terrestre?
      Io ho a disposizione un sofisticato analizzatore di spettro da 0 a 250 khz e mi stavo chiedendo che tipo di sonda dovrei costruire per misurare tale frequenza e le sue armoniche; pensavo e mi viene in mente di associare il movimento della crosta terrestre, per esempio dovuta ad un terremoto, ad una eventuale variazione dello spettro risultante misurato localmente tramite una sonda locale di terminazione delle linee di flusso in una zona limitata da poter monitorare

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  2. gabriarte ha detto:

    la terra è il solo pianeta del nostro sistema solare a possedere il nucleo?

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    • bruce ha detto:

      Ciao gabri, fai sempre delle domande interessanti, per te e per gli altri.
      Teoricamente se il sistema solare è avvenuto per accrescimento di materia è ipotizzabile che tutti i pianeti abbiano la stessa origine.

      In particolare.
      Il Sole ha una struttura interna molto complicata, più di qualsiasi altro astro del sistema solare, e difficile da osservare dell’opacità alla radiazione elettromagnetica degli strati interni della stella
      Ogni strato possiede caratteristiche e condizioni fisiche ben precise, che lo differenziano dal successivo e da qualsiasi pianeta.
      Interessante è il nucleo dove avvengono le reazioni nucleari con temperature di 14/15 milioni di gradi, poi una zona radioattiva per finire alla corona esterna con le sue macchie.

      Mercurio, nonostante sia un piccolo pianeta possiede un campo magnetico che è circa 100 volte inferiore all’intensità del campo magnetico terrestre. Questo autorizza comunque a ritenere che abbia un nucleo allo stato liquido ferroso.
      Anche Venere possiede un mantello di roccia fusa e un nucleo, presumibilmente di ferro.
      Marte molto probabilmente ha il nucleo non liquido, ma allo stato viscoso; di conseguenza Marte non presenta un campo magnetico apprezzabile.
      Le cose si complicano con Giove per la sua struttura assimilabile ad una enorme palla di gas che diventa sempre più denso procedendo verso l’interno e gradualmente si converte in liquido. Tuttavia sembra che abbia un piccolo nucleo solido di natura rocciosa.
      E’ stata riscontrata una magnetosfera sia su Giove come su Saturno. Si pensa che la loro origine sia dovuto allo strato di idrogeno liquido all’interno del pianeta, ove si producono frequenti scariche elettriche, ed alla elevata velocità di rotazione.
      Le dimensioni del nucleo di Saturno sono quasi pari a quella della Terra.
      Urano e Nettuno, sono simili alla parte interna di Giove e Saturno. Le loro parti interne sarebbero composti principalmente di ghiacci e rocce.
      Un caro saluto

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  3. marilena ha detto:

    se l’interno della Terra si comporta come una enorme dinamo autoeccitante la posso paragonare, per spiegarla ai bambini, al funzionamento della bicicletta in cui le ruote girando accendono la luce dei fanali?

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    • bruce ha detto:

      Esatto marilena, paragone che calza alla perfezione. Mi piace quando si spiegano le cose complicate in maniera semplice. Saperlo fare, fa anche la differenza tra gli insegnanti.
      Un caro saluto.

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      • marilena ha detto:

        grazie mille per la risposta. se posso chiedere con un’attività pratica semplice da realizzare, come spiego ai bambini cos’è la magnetosfera?

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        • bruce ha detto:

          Buongiorno marilena
          Gli esempi e i disegni sono il miglior metodo per far capire concetti complicati (per loro).
          Meglio se poi disegnano anche loro.

          Faccio una breve ma necessaria spiegazione.
          La magnetosfera è una immensa bolla magnetica che circonda la Terra.
          Sappiamo che gli oggetti magnetici producono delle linee di forza invisibili (fili invisibili per meglio farlo capire ai bambini).
          Il modo più semplice per mostrare questo fenomeno è quello che si insegna a scuola (oppure fai un disegno in alternativa): spargere dei pezzettini finissimi di ferro (limatura di ferro) su un foglio e mettervi al di sotto una calamita a ferro ci cavallo. La limatura si disporrà orientandosi da sola intorno ai poli del magnete lungo delle linee che vengono chiamate linee di forza del campo magnetico.

          In termini semplici, la Terra può essere considerata una gigantesca calamita a sbarra con due poli, uno positivo e l’altro negativo.
          Allo stesso modo della calamita questi fili immaginari e invisibili (linee del campo magnetico) si irradiano
          tra i poli nord e sud.

          Ora le particelle cariche che rimangono intrappolate in queste linee di forza, proprio come la limatura di ferro, formano la magnetosfera.

          In realtà questa bolla magnetica viene “colpita” dal vento solare (particelle che arrivano dal sole) dandogli la forma simile a quella delle comete, ovvero una testa (quella rivolta verso il sole) estendendosi per circa 60.000 chilometri ed una coda, nella parte opposta, che si estende per oltre 300.000 chilometri.

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          • marilena ha detto:

            grazie ancora per la spiegazione, è stata utilissima.
            se posso chiedere ancora mi potrebbe spiegare in modo semplice le anomalie magnetiche riscontrate sui fondali oceanici?
            avevo pensato che come esempio potevo disegnare su dei fogli le bande e farle uscire gradualmente da due blocchi di libri messi vicino.

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          • bruce ha detto:

            Scusa il ritardo per sopraggiunti problemi familiari.
            L’esempio calza.
            Posso solo aggiungere che le anomalie magnetiche riscontrate sul fondo oceanico sono determinate dalla dorsale.
            In corrispondenza o in prossimità della dorsale le rocce sono molto giovani e diventavano progressivamente più antiche man mano che ci si allontanava dalla dorsale.
            Ora le rocce più giovani poste in vicinanza della dorsale mostravano la stessa polarità del campo magnetico terrestre attuale.
            Le rocce più vecchie hanno una polarità del campo magnetico al momento della loro emersione.
            Ciò è dovuto al fatto che quando il magma basaltico si raffredda, per formare la roccia vulcanica solida, la disposizione dei cristalli di magnetite viene bloccata, ed in questo modo registra l’orientamento, ovvero polarità, del campo magnetico terrestre presente al momento del consolidamento.
            Il fondale oceanico venne, quindi, interpretato come un nastro trasportatore in cui è registrata la storia delle inversioni di polarità del campo magnetico terrestre.
            Bruce

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