Geomagnetismo: más que la brújula


Indice
El Dínamo Terrestre
Inversiones Magnéticas
El escudo magnético

La armonía y orden que observamos en el Cielo, son logradas por apenas una única interacción a la que damos el nombre de Fuerza Gravitatoria. La Gravitación de los cuerpos no sólo crea las órbitas de planetas, cometas y asteroires, sino también las magníficas formas de los cúmulos globulares, de las galaxias, e incluso de los cúmulos de galáxias, actuando a distancias increiblemente grandes que medimos en años luz. Pero a grandes distancias los Campos Magnéticos también juegan un papel importante, siendo la segunda fuerza en orden de importancia.

(Tal vez el lector se pregunte por qué la fueza eléctrica no es tan importante, siendo que es más intensa que la magnética. Pero ocurre que la propia intensidad de la fuerza hace que cualquier desbalance de carga sea anulado rapidamente. Cuando la carga neta es nula, deja de haber fuerza eléctrica.)

Los Campos Magnéticos son muy intensos e importantes en el Sol y como el Sol no es una excepción, en todas las estrellas. También encontramos magnetismo en las Galaxias y en los planetas.

No todos los planetas del Sistema Solar poseen un campo magnético global. En algunos casos presentan un magnetismo remanente, creado por material magnetizado cuando se creó el planeta. Por causa de los años transcurridos, este campo es débil y además está fraccionado; cada fracción presenta una dirección distinta. Esto ocurre principalmente con los planetas rocosos como Venus y Marte. Mercurio, sin embargo, es un caso intrigante porque tiene un débil campo global cuyo origen es diferente al de los otros planetas. Los grandes planetas gaseosos, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, por su parte, poseen intensos campos magnéticos.

El Dínamo Terrestre

La Tierra es una excepción a esta regla. Cuando los planetas y estrellas se forman heredan el campo magnético de la nube que los forma. El problema es que el campo se difunde, de cierta forma se propaga hacia otras regiones, perdiendo su intensidad hasta que eventualmente desaparece. Esto puede ocurrir en un lapso bastante breve de la vida de un cuerpo celeste. Por ejemplo, en el caso de la Tierra, está entre 20.000 y no mucho más que 100.000 años.

A diferencia de la fuerza eléctrica, que depende de la carga, característica de la materia que no cambia con el tiempo, los campos magnéticos desaparecen si no cuentan con un generador, un dínamo. La Tierra, con sus 4.500 millones de años de existencia ya debería haber perdido todo vestigio de su campo primordial. Y si no lo perdió es porque en su interior tiene este generador.

Un dínamo es un sistema que transforma movimiento mecánico en corriente eléctrica. El dínamo terrestre es autoexcitado, es decir, no precisa de un campo magnético externo. El proceso que mantiene el campo magnético de forma constante es complejo pero podemos dar las condiciones necesarias: 1) Rotación diferencial: la Tierra no es un sólido rígido, en su interior algunas capas tienen una velocidad angular de rotación diferente y 2) debe haber un fluido conductor de corriente eléctrica.

El interior terrestre está dividido en: Corteza, Manto y Núcleo. La Corteza, capa externa de la Tierra, mide entre 12 y 80 km de profundidad. El Manto tiene unos 3.000 km de espesor, suele dividirselo en interno y externo, este último con cierta fluidez según algunos investigadores. El Núcleo tiene una extensión de 3.000 km aproximadamente también, su parte externa es líquida y formada mayormente por hierro, la región más interna es sólida. La densidad del núcleo es muy superior a la de la Corteza (que está formada principalmente por granito y basalto) justificando la elevada densidad media de la Tierra (5,5 g cm-3). Es en la capa externa del Núcleo, formada principalmente por hierro líquido, donde se dan las dos condiciones descriptas antes para que se forme un dínamo autoexcitado. Hay un gradiente positivo de temperatura hacia el interior terrestre que produce un movimiento ascendente del líquido por convección, desviado por la fuerza de coriolis. Todos estos movimientos crean corrientes eléctricas que acaban sustentando al campo magnético de la Tierra. Fue Edmond Halley, el astrónomo que descubrió al más famoso cometa quien en 1692 propuso que el centro de la Tierra debía moverse 0,5° por año en relación a la superficie para producir el campo magnético observado. Su capacidad científica se demuestra al comparar este valor determinado por medio de brújulas nada más, con el actual de 0,2° a 0,3° por año.

El campo magnético terrestre no es muy intenso, en el ecuador es alrededor de 30µT = 0,3 G. Como comparación en Júpiter el campo ecuatorial es 14 veces mayor (428µT = 4,28 G) y en el Sol el campo poloidal alcanza los 1000µT o 10 G, o sea, más de 3000 veces más intenso que el terrestre!

Inversiones Magnéticas

Se sabe que el campo magnético solar sufre la inversión (o reversión) de su polaridad a cada 11 años aproximadamente, debido al acoplamiento de las dos componentes principales del campo magnético: aquella que va de polo a polo (poloidal) y aquella que es paralela al ecuador (toroidal).

En el caso terrestre existe evidencia suficiente de que el campo poloidal terrestre se ha invertido a lo largo de los años manteniéndose siempre casi paralelo al eje de rotación, condición necesaria para que el modelo de dínamo sea correcto. Sin embargo no se ha podido determinar ninguna periodicidad, habiendo períodos de millones de años sin ningún cambio aparente. Sin embargo, algunos investigadores creen que estamos a las puertas de una inversión. En los últimos 30 años fueron lanzados satélites al espacio capaces de medir el campo magnético terrestre con precisión y resolución espacial. Lo que muestran las imágenes es que regiones de polaridades contrarias se aproximan de los dos polos. Los modelos de computador indican que ésta es una condición necesaria para que ocurra una inversión magnética. Sin embargo los autores de los trabajos (Gary Glatzmaier de UCLA, y Peter Olson de Johns Hopkins) no pueden prever cuando podría ocurrir el cambio efectivamente. E, además de esto, en los modelos la inversión demora 9.000 años para completarse. De cualquier forma, los estudios del dínamo (terrestre o solar) están solo en sus inicios. La única forma de estudiarlos es por medio de simulaciones de computador, pero, por limitación de los procesadores actuales, estamos muy lejos de producir modelos reales. El parámetro general se llama Número de Reynolds Magnético, RB, número adimensional que mide el grado de turbulencia de un fluido magnético. En los modelos RB es bastante menor que 100, mientras que en el núcleo terrestre debe ser mayor que 1.000. De esta forma es difícil hacer previsiones. Podemos afirmar, sin embargo, que el campo magnético medido tubo pocas variaciones en los últimos 30 años, por lo tanto no hay motivos para suponer que una nueva inversion pueda ocurrir en los próximos años.

Es importante observar que casi una centena de inversiones magnéticas ocurridas en los últimos 70 millones de años han sido descubiertas por los paleontólogos. Ninguna de ellas puede ser asociada con algún cataclismo como por ejemplo una extinción masiva de especies vivas. Tampoco parece haber afectado al desarrollo del hombre, que hace 780.000 años presenció la última inversión magnética de la Tierra.



El escudo magnético

Laprincipal función del campo magnético terrestre no es indicar la dirección de los polos, sino crear un escudo llamado magnetósfera. La magnetósfera es el primer escudo contra las partículas cargadas, llaamadas rayos cósmicos que bombardean la Tierra de forma permanente. Los rayos cósmicos son producidos afuera del sistema solar y también por el propio sol. En cualquier caso es mejor que no llegen a la superficie terrestre porque son peligrosos para la salúd. Las partículas son desviadas por la fuerza magnética, algunas quedan presa en los tubos magnéticos hasta que finalmente caen (precipitan) entrando por los polos. Cuando muchas partículas entran de esta forma producen las llamadas auroras.

Sin emabrgo algunos rayos son capaces de atravesar la magnetósfera de forma directa, llegando debilitados. Cual es la acción de estos rayos cósmicos en la biósfera es materia de discusión hoy en día. Por ejemplo existen fuertes indicios de que la formación de nubes es facilitada por la presencia de rayos cósmicos en la atmósfera. Si es así, las lluvas y la temperatura superficial pueden ser influidas por agentes externos. La magnetósfera es alterada por el campo magnético solar (llamado de heliósfera) por ese motivo tratamos este tema en el capítulo sobre el Sol: Influencia de la Actividad Solar en la Tierra: Clima Espacial

Una Bibliografia Básica

A continuación damos una lista de libros y artículos que fueron consultados para escribir este capítulo.

G. A. Glatzmaier y P. Olson,Viagem ao Geodíanmo, Scientific American Brasil, 3,36, 32-39 (2005)
P. D. Lowman Jr.,Earth's interior, en la Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics, Ed. Nature Pu. Co. e Institute of Physics Publishing, ISBN-10:0333750888 (2001)
K. Moffatt.,Dynamo Theory, en la Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics, Ed. Nature Pu. Co. e Institute of Physics Publishing, ISBN-10:0333750888 (2001)
J. W. Kern y E. H. Vestine, Magnetic Field of the Earth and Planets, Space Science Reviews,2,136-171 (1963)



Guillermo Giménez de Castro, protegido bajo Licencia Creative Commons. Última revisión: 27/08/2011


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