LE VARIAZIONI TEMPORALI DEL
CAMPO MAGNETICO TERRESTRE

Le variazioni temporali del campo magnetico terrestre possono separarsi in due grandi categorie: quelle aventi origine interna e quelle aventi origine esterna rispetto alla superficie terrestre. Pur non essendo possibile fissare un limite netto tra le due categorie, applicando l'analisi in armoniche sferiche alle variazioni del campo geomagnetico si è trovato che le variazioni su scale temporali con tempi caratteristici inferiori a circa 1 anno sono di origine esterna mentre, quelle che avvengono su scale temporali più lunghe, comunemente chiamate variazione secolare, sono di origine interna alla Terra.

La variazione secolare
L'ampiezza di queste variazioni per un dato luogo di osservazione oscilla tra pochi nT e qualche decina di nT all'anno per le componenti intensive, e da qualche primo a qualche decina di primi l'anno per l'inclinazione e la declinazione. Anche se la variazione secolare sembra mostrare andamenti diversi nei vari osservatori del mondo, essa è una caratteristica del campo principale e dunque rappresentativa di un fenomeno planetario. Le principali caratteristiche della variazione secolare osservata negli ultimi 400 anni sono:
  • una diminuzione media del momento di dipolo dell'ordine dello 0.05% all'anno;
  • una precessione verso ovest dell'asse del dipolo di 0.05° all'anno;
  • uno spostamento del dipolo verso nord dell'ordine di 2 km all'anno; una deriva occidentale del campo non dipolare, o parte di esso, di 0.2°- 0.3° all'anno, accompagnata da una possibile ma non ben precisa deriva meridionale;
  • una variazione di intensità del campo non dipolare al tasso medio di circa 10 nT all'anno.
Lo studio della variazione secolare del campo geomagnetico è molto importante per la conoscenza dei fenomeni che generano il campo e della loro evoluzione; per questo motivo negli ultimi anni si sono intensificati gli studi a livello globale con il riesame di tutte le misure magnetiche disponibili.

Le variazioni di origine esterna
Le variazioni rapide del campo magnetico terrestre sono dovute principalmente a fattori esterni alla Terra ed essenzialmente legate all'attività solare. Il Sole, infatti, è un fattore determinante per l'interpretazione sia dei fenomeni regolari (come ad esempio la variazione diurna) che di quelli irregolari delle variazioni magnetiche. L'emissione di radiazione solare viene accompagnata dalla continua emissione di un gas ionizzato, detto vento solare, che costituisce in sostanza l'espansione della corona solare. Il nostro pianeta come tutto il sistema solare, viene investito da questo vento il cui effetto principale è di confinare il campo geomagnetico in una cavità a forma di cometa detta magnetosfera. La modulazione del vento solare produce, in buona sostanza, l'energia necessaria per le variazioni esterne irregolari del campo mentre l'attrazione gravitazionale e le maree atmosferiche di origine termica sono le principali responsabili delle variazioni esterne regolari .
I magnetogrammi di un osservatorio geomagnetico sono la rappresentazione grafica dell'andamento temporale (al minuto) dei vari elementi del campo geomagnetico. Essi rivelano l'esistenza di un andamento temporale degli elementi del campo magnetico terrestre che tende a ripetersi sistematicamente giorno per giorno; tale variazione, nota come variazione diurna, procede secondo il tempo locale, con forme caratteristiche per ciascun elemento interpretabili come sovrapposizione di onde aventi periodo di parecchie ore, e con un'ampiezza dell'ordine di qualche decina di nT. A volte la variazione diurna è mascherata da variazioni irregolari che in parte la deformano. La variazione diurna media (calcolata su giorni calmi) viene chiamata Sq (solar quiet, solar indica che essa procede con il tempo locale, quiet che è caratteristica di una situazione di assenza di perturbazioni). L'ampiezza della Sq presenta un andamento stagionale con un massimo e un minimo rispettivamente nell'estate e nell'inverno locali alle alte e medie latitudini, e con un massimo agli equinozi nella zona intertropicale per H e Z. Inoltre, l'ampiezza dipende dalla fase del ciclo delle macchie solari.
La variazione diurna è generata da due grandi vortici di corrente elettrica nella ionosfera nell'emisfero illuminato dal Sole, uno in ciascun emisfero, percorsi in senso opposto (verso antiorario nell'emisfero Nord, orario nell'emisfero Sud). I centri di questi vortici si trovano alle latitudini di circa 40° e molto vicini al meridiano del Sole. Nell'emisfero notturno vi sarebbero due vortici di rotazione opposta a quelli diurni e di intensità molto più debole. All'altezza dell'equatore c'é un addensamento della corrente in direzione ovest-est, il cosiddetto elettrogetto equatoriale, che porta la variazione diurna a raggiungere i 200 nT.

Le variazioni irregolari
Oltre agli andamenti temporali regolari, su un magnetogramma, si possono osservare andamenti irregolari tipici di situazioni perturbate. Nello studio del campo magnetico terrestre, in analogia con lo studio meteorologico, è stato attribuito il nome di tempesta magnetica alla condizione generica di perturbazione di carattere ed occorrenza irregolare. Si possono associare due contributi alla parte di andamento irregolare: uno caratterizza la perturbazione della tempesta magnetica vera e propria a carattere planetario, mentre l'altro rappresenta invece le variazioni dipendenti dal tempo locale. Il primo termine è costituito da una variazione sistematica del campo che è attribuibile alla presenza di una corrente elettrica anulare localizzata nella magnetosfera e disposta approssimativamente sul piano equatoriale. Il secondo termine è invece costituito dalle cosiddette sottotempeste magnetiche. Tra le più importanti variazioni irregolari registrate essenzialmente presso gli osservatori geomagnetici siti a media latitudine dobbiamo ricordare le baie. Queste variazioni si verificano in preferenza nelle ore serali e notturne con durata compresa tra 1 e 2 ore. Le baie, spesso concomitanti con le tempeste, possono presentarsi anche isolatamente; questo suggerisce che possono essere considerate come tempeste elementari. Dalle osservazioni si è dedotto che le baie sono prodotte da correnti elettriche che scorrono nella ionosfera a latitudini comprese tra 65° e 70° tali correnti vengono generate nella magnetosfera, fluiscono nella ionosfera e ritornano nella magnetosfera seguendo le linee di forza del campo.