Paleomagnetismo e magnetismo delle rocce

Il paleomagnetismo si occupa dello studio della magnetizzazione naturale delle rocce. In particolare della magnetizzazione naturale rimanente (NRM), vale a dire della magnetizzazione che si misura quando sulla roccia non agisce nessun campo magnetico esterno. Tutte le rocce possiedono una NRM, che generalmente è molto debole e necessita di strumenti molto sofisticati per essere misurata (laboratorio di paleomagnetismo dell’INGV). La NRM è dovuta alla presenza di un quantitativo, anche estremamente piccolo, di minerali magnetici (il più noto dei quali è la magnetite). La NRM di una roccia è generalmente la risultante di più componenti acquisite in tempi diversi della sua storia geologica. Ogni roccia acquisisce una componente di magnetizzazione al momento della sua formazione, che è detta magnetizzazione "primaria". Le modalità di acquisizione della magnetizzazione primaria sono diverse per i diversi tipi principali di rocce, ma dipendono tutte dall’azione del campo magnetico terrestre nel corso della litogenesi: le rocce ignee, che derivano dalla consolidazione di un magma, acquisiscono una magnetizzazione stabile durante il processo di raffreddamento e consolidazione (Figura 1),

Figura 1

Esperimento di acquisizione di una magnetizzazione termica rimanente (TRM). Un frammento di roccia com magnetizzazione M parallela al campo magnetico esterno F, viene scaldato a 700 C in assenza di campo esterno e quindi fatto raffreddare sotto l’azione di un nuovo campo F orientato diversamente dal primo. Alcuni anni dopo, a temperatura ambiente, la magnetizzazione acquisita dal campione permane anche sotto l’azione di un nuovo campo magnetico esterno.
(ridisegnato da Cox & Hart "La tettonica delle placche. Meccanismi e modalità.", Zanichelli, pp.383, 1990).

mentre le rocce sedimentarie che si formano dall’accumulo di granuli detritici, acquisiscono una magnetizzazione stabile durante la deposizione e compattazione del sedimento.

Figura 2

Acquisizione di una magnetizzazione detritica rimanente (DRM) da parte di un sedimento. Dalla decantazione dei granuli alla compattazione del sedimento l’orientazione dei clasti magnetici (neri, con freccia) è guidata dal campo magnetico terrestre.
(ridisegnato da Cox & Hart "La tettonica delle placche. Meccanismi e modalità.", Zanichelli, pp.383, 1990)

Nel corso dei tempi geologici altre magnetizzazioni possono essere acquisite per processi di riscaldamento, alterazione meteorica e creazione diagenetica di nuovi minerali magnetici. Queste magnetizzazioni sono dette "secondarie" e si sommano vettorialmente alla componente primaria. Tutte le rocce sono inoltre soggette all’azione del campo magnetico attuale, che produce un’ulteriore magnetizzazione rimanente, detta viscosa e acquisita da tutte le particelle magnetiche con breve tempo di rilassamento, che si somma anch’essa alle componenti di magnetizzazione acquisite in precedenza. In uno studio di paleomagnetismo ci si prefigge di riconoscere quante componenti di magnetizzazione rimanente ci sono in una roccia, di definire la loro orientazione e di datare il momento della loro acquisizione. Questo è possibile attraverso sofisticate analisi di laboratorio, che si basano fondamentalmente sull’analisi dei dati raccolti in un processo di  smagnetizzazione graduale di un numero statisticamente significativo di campioni, e mediante specifici test di terreno. Le principali applicazioni del paleomagnetismo nel campo delle Scienze della Terra sono indirizzate alla definizione della mobilità, in particolare rotazione intorno ad un asse verticale e traslazioni in latitudine, di blocchi crostali e litosferici a varia scala (paleomagnetismo e tettonica), all’analisi dei caratteri del campo magnetico terrestre nel corso dei tempi geologici ed allo studio dell’ alternanza delle polarità magnetiche in un sequenza rocciosa (magnetostratigrafia).