El campo geomagnético, un campo que nos da la vida

Siempre que hablamos de geología pensamos en lo que comúnmente se llaman “piedras”, que ya hemos visto que es un concepto demasiado genérico que puede llevarnos a error. Pero los geólogos y las geólogas nos dedicamos a muchas otras cosas, ya que nuestro objetivo real no es estudiar las rocas, los fósiles y los minerales, sino estudiar nuestro planeta en su conjunto y como una especie de organismo vivo. Es así como los profesionales de la geología estudiamos los volcanes, los terremotos, el movimiento de las placas tectónicas y hasta el campo magnético terrestre. Cómo se forma, qué características tiene o cómo son los cambios que sufre son las cuestiones que trataremos en esta entrada.

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El campo magnético terrestre, que tiene su extensión fuera de nuetro planeta, es una de las estructuras más importantes de la Tierra, ya que sin él la vida no sería posible (imagen tomada de es.gizmodo.com)

El campo magnético terrestre

Cuando pensamos en magnetismo siempre nos viene a la cabeza la imagen de un imán, con dos polos (positivo y negativo) que se atraen y que es capaz de acercar un trozo de metal hacia sí. Todo eso es cierto. Pero los conceptos de polo positivo y polo negativo no son exclusivos del magnetismo, ya que cuando hablamos de electricidad también se utiliza ambos conceptos, y aunque no seamos conscientes de ello esa coincidencia no es tal cosa. Porque cualquiera que tenga unas nociones básicas de física sabe que una partícula cargada eléctricamente, como pueden ser los electrones de un átomo o los que circulan por un cable en forma de corriente eléctrica, genera un campo magnético. Es decir, electricidad y magnetismo están estrechamente relacionados, tanto que en realidad muchas veces hablamos de electromagnetismo, ya que electricidad y magnetismo son en realidad dos partes de un mismo todo. Ahora sabemos que todo campo magnético va ligado a un campo eléctrico y viceversa, siendo ambos campos perpendiculares entre sí y perpendiculares al sentido de propagación. Descubrir esta relación fue un grana avance en física y fue el que nos llevó más tarde a pensar en la existencia de algún tipo de onda que, a diferencia de las ondas sísmicas y a las ondas sonoras, no necesitase de un medio para propagarse. Así es como acabamos por encontrar a las importantes ondas electromagnéticas, un concepto con el que tenemos englobada a varios tipos de radiaciones que se diferencian sólo en su energía, como son los rayos gamma, los rayos X o la luz. Por tanto, y aunque muchas veces no seamos conscientes de ello, la única diferencia que hay entre la peligrosa radiacción ultravioleta y la inocua luz es su energía. Como he dicho muchas veces, estamos rodeados de radiación, y hasta nosotros la generamos en forma de radiación infrarroja, otro tipo de onda electromagnética.

Radiación electromagnética.jpg
Los campos magnético y eléctrico están estrechamente relacionados, y gracias a esa relación pudimos comprender la naturaleza de las ondas electromagnéticas, entre las que están la luz o la radiación infrarroja (imagen modificada a partir de wikipedia.org)

 

Una vez visto qué es realmente el electromagnetismo y en qué consiste un campo electromagnético vamos a ver cómo es el campo magnético terrestre, el llamado campo geomagnético. Para ello lo primero que debemos entender es que nuestro planeta es en realidad una especie de enorme imán natural con dos polos, un dipolo magnético cuyo eje está inclinado con respecto al eje de rotación. Esto hace que los polos magnéticos no coincidan exactamente con los geográficos, una cuestión muy importante a la hora de usar una brújula para orientarnos porque su aguja nos marca el polo magnético, mientras que en los mapas el polo de referencia es el geográfico. Así es como surge el concepto de declinación magnética, que no es más que el ángulo que forman esos dos polos (magnético y geográfico) desde el punto en el que nosotros nos encontramos y usamos la brújula. Pero hay otra peculiaridad que debemos considerar a la hora de hablar del campo magnético terrestre, y es que en contra de lo que siempre decimos, las brújulas no apuntan al Polo Norte Magnético sino al Polo Sur Magnético, que sí que es cierto que es el que está cerca del Polo Norte Geográfico (PNG). Por tanto podemos decir que el campo magnético terrestre está actualmente dado la vuelta.

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Se dice siempre que la aguja de una brújula apunta siempre al norte, pero en realidad apunta al Polo Sur Magnético, que está muy cerca del Polo Norte Geográfico (modificado a partir de metargentina.blogspot.com)

El campo magnético terrestre se genera en el interior del planeta a partir de corrientes helicoidales que ocurren dentro del núcleo externo, metálico y líquido. Aunque en realidad este origen sólo explica el origen del 90% del campo magnético, el llamado campo dipolar, quedando un 10% restante (campo no-dipolar) que tiene su origen en la atmósfera. La magnetosfera es una capa protectora que envuelve a nuestro planeta y nos protege del viento solar y de otras radiaciones del espacio, como son los rayos cósmicos. Esta capa también la hemos encontrado en otros planetas del Sistema Solar y suelen ser siempre tan grande que, por ejemplo, la magnetosfera de Júpiter es el objeto más grande del Sistema Solar. La magnetosfera terrestre es una enorme estructura asimétrica que siempre se enfrenta al viento solar, lo que hace que el lado que da hacia el Sol esté “aplastado” y el opueso se alargue miles de kilómetros en forma de cola que se acerca a la órbita de Marte. Dentro de esta capa tenemos los cinturones de Van Allen, dos zonas de la magnetosfera con forma toroidal (de rosquilla) que capturan las partículas cargadas del viento solar que logran entrar en la magnetosfera, redirigiéndolas hacia los polos. Allí, en la ionosfera, ionizan el gas de la atmósfera y generan una espectacular luminiscencia visible desde la superficie que es conocida como auroras polares, boreales si suceden en el Polo Norte y australes si lo hacen en el Polo Sur.

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Gracias a la magnetosfera muchas partículas del viento solar son atrapadas y atraídas a la superficie, dando lugar a las llamadas auroras polares (imagen tomada de supercurioso.com)

 

 

Cambios en el campo geomagnético: excursiones e inversiones

El campo magnético terrestre ha estado con nosotros casi desde la formación del propio planeta, pero como muchas cuestiones de la geología, no siempre ha sido igual a lo largo de toda la historia del planeta. De hecho conocemos la existencia de variaciones del campo magnético a escalas de tiempo muy amplias que van desde milisegundos hasta miles y millones de años, lo que dificulta muchas veces su estudio. Las primeras variaciones del campo magnético que vamos a ver en esta entrada son las llamadas variaciones diurnas, provocadas por los cambios en la llegada de partículas del viento solar a la magnetosfera. Hay que tener en cuenta que la actividad solar cambia constantemente, existiendo tormentas magnéticas o los propios ciclos de 11 años de manchas solares, que ya analizamos al hablar de la ciclicidad de las grandes extinciones masivas. Pero es que además debemos tener en cuenta que la cantidad de partículas de viento solar que llegan a la magnetosfera no va a ser igual si estamos en la cara enfrentada al Sol (día) o en la opuesta (noche). Las variaciones diurnas del campo magnético pueden traer consecuencias puntuales que afectan sobre todo a los sistemas satelitales, pero nada más.

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Las auroras polares son el reflejo de la actividad del viento solar contra la magnetosfera y nos recuerdan que la intensidad del campo magnético está en constante batalla con la propia actividad del sol (imagen de una Aurora boreal de Islandia, tomada de lonelyplanet.es)

Otras variaciones del campo magnético, ya a mayor escala temporal que las variaciones diurnas, es lo que llamamos la variación secular del campo magnético. En este caso se deben a los cambios en la actividad del propio núcleo terrestre, que afectan no sólo a la intensidad del campo terrestre (dipolar y no-dipolar) sino también a la posición del polo magnético. Porque cuando hablamos del campo geomagnético resulta que hasta la posición de los polos están cambiando, por eso dijimos antes que es tan importante conocer qué es la declinación magnética a la hora de usar una brújula para orientarnos. La variación secular ocurre a escala de años, aunque no es observable hasta que usamos periodos de tiempo relativamente largos. De esta manera sabemos que en las últimas dos décadas el momento magnético dipolar del campo geomagnético ha sido un 50% más rápido que en los 100 años anteriores y mucho mayor que la media en los 2000 años anteriores. Esta prueba es la que ha llevado a muchos a pensar que podríamos estar cerca de una nueva inversión magnética, que es de lo que hablaremos a continuación.

variación secular
Animación que muestra la variación secular del campo magnético total para los últimos 400 años (fuente: http: wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp)

 

Al principio de esta entrada hemos dicho que el campo magnético está dado la vuelta, ya que el Polo Norte Magnético está cerca del Polo Sur Geográfico y no del Polo Norte Geográfico, como cabría esperar. Pero esta situación no siempre ha sido así, ya que desde hace décadas sabemos que cada cierto tiempo el campo magnético terrestre se voltea, que es lo que conocemos como inversiones magnéticas. De hecho, el descubrimiento de franjas de polaridad normal y polaridad inversa alternas en las rocas del fondo oceánico fue la prueba que se necesitó para confirmar definitivamente que la tectónica de placas era una real. Las inversiones magnéticas son uno de los fenómenos más llamativos y enigmáticos del planeta, ya que aunque conozcamos su existencia y podamos utilizarlas para datación (existe una tabla magnetoestratigráfica con cronas y subcronas, intervalos de tiempo entre dos inversiones magnéticas), lo cierto es que no sabemos muy bien cómo ocurren ni qué las causa porque nunca hemos podido estudiar una (la última ocurrió hace 780 000 años). Ni si quiera tenemos una periodicidad que sepamos que se repita cíclicamente, lo que dificulta mucho la posibilidad de predecir cuándo sucederá la siguiente. Porque una cosa que nos enseña la geología es que si algo ha ocurrido en el pasado tarde o temprano se repetirá en el futuro, y eso también es aplicable a las inversiones magnéticas. Lo que sí podemosafirmar sobre estos eventos es que parece ser que antes de que se produzca una inversión magnética el campo magnético terrestre pierde intensidad, se invierte y después la recupera a gran velocidad.

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El descubrimiento de las inversiones magnéticas en las rocas basálticas del fondo marino fue la prueba definitiva para aceptar la tectónica de placas de Wegener como una realidad (modificado a partir de bekyta.weebly.com)

Un caso particular relacionado con las inversiones magnéticas son las excursiones magnéticas, concepto con el que nos referimos a momentos de la historia en los que hemos detectado que los polos magnéticos se acercaron a posiciones ecuatoriales antes de volver a su propio hemisferio. Es decir, las excursiones magnéticas las podemos definir como inversiones magnéticas abortadas, amagos del campo magnético que no se materializaron que sí han ocurrido a una escala de tiempo más corto. Gracias a ellas tenemos idea de cómo puede producirse las inversiones magnéticas, aunque insisto en que todavía desconocemos demasiadas cuestiones de ellas.

Estado actual del campo geomagnético

En los últimos meses han empezado a aparecer varias noticias sobre un alarmante cambio en el campo magnético. En la realidad lo que ocurre es que la desviación normal del campo magnético se ha acelerado en los últimos años y eso ha hecho que los modelos que utilizamos, que se actualizan cada 5 años, hayan quedado desfasados en poco tiempo porque dan errores muy grandes. El motivo de este problema se encuentra en el hecho de que la última actualización se llevó a cabo en 2015, pero poco después, en 2016, parte del campo magnético se aceleró temporalmente en las profundidades del norte de Sudamérica y del Océano Pacífico oriental. Esta aceleración desestabilizó el sistema estimado y provocó desajustes imprevistos que han aumentado el error de la previsión quinquenal hasta un nivel cercano a lo inaceptable. Hay que tener en cuenta que muchos sistemas de navegación utilizan el campo magnético como referente, por lo que un error demasiado grande como el que estamos teniendo podría traer consecuencias muy graves para ciertos sectores. Pero ni la vida va a desaparecer ni estamos al border de perder nuestro campo magnético, ni tampoco vamos a sufrir una inversión magnética de un día para otro. Simplemente lo que está pasando es que el núcleo sigue vivo y activo, demostrándonos que por mucho que queramos decir lo contrario, lo cierto es que todavía no lo sabemos todo de nuestro planeta. Porque qué ocurre en su interior, donde nace el campo magnético terrestre, sigue siendo un gran enigma que poco a poco los geólogos y las geólogas intentamos desentrañar.

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Después de la última actualización del campo magnético terrestre, llevada a cabo en 2015, se descubrió una aceleración que ha hecho que el modelo previsto hasta 2020 dejase de ser efectivo (fuente: wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp)

 

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