8/17/2019 El Origen Del Campo Magnético de La Tierra

1/6

El origen del campo magnético de la Tierra: la investigación fundamental o ambiental?El origen del campo magnético de la Tierra es un problema de larga data, que hacaptado la atención de muchos cientícos de renombre. i !illiam "ilbert, #ndré$%arie#mp&re, 'ené (escartes, Edmond )alle*, +arl$riedrich "auss, e-or lac/ett, *muchos otros que contribu*eron al desarrollo de la ciencia, han traba0ado en esteproblema, es principalmente porque estaba relacionado con un cuestión pr1ctica devital importancia: la navegación en el mar. Esto no es tan cierto *a, ahora que lossatélites proporcionan la latitud * longitud e2acta sin la necesidad de que nosapo*amos en el magnetismo interno de la Tierra. in embargo, la cuestión del origendel campo magnético de la Tierra es tan natural que sigue siendo ob0eto deinvestigación mu* competitivo. 3adie puede ignorar que la agu0a de la br40ula hacia elnorte, * es un poco irritante que todavía no podemos ofrecer una comprensión físicacompleta de por qué es así. 5or tanto, el problema se ha convertido en un campoactivo de investigación fundamental en el que se han logrado avances signicativos enlos 4ltimos a-os el uso de enfoques teóricos, e2perimentales * numéricas combinadas.5or su propia naturale6a, el problema es interdisciplinario * se encuentra en la interfa6de la física, la geofísica * matem1ticas aplicadas. Este problema ha recibidorecientemente mucha atención en la prensa debido a la preocupación de una posibleinversión de la polaridad del campo magnético de la Tierra en un futuro cercano.

 Teniendo en cuenta que corremos el riesgo de ver a nuestro planeta sin blinda0e delviento solar, la comprensión del mecanismo de generación de campo otra ve6 pareceser una preocupación social * un ob0etivo legítimo de la investigación medioambiental.7o* a resumir aquí los fundamentos de nuestra comprensión actual de la generacióndel campo magnético de la Tierra * luego re8e2ionar sobre las claves cientícas queapo*an la posibilidad de un acercamiento o inminente la inversión de polaridad.

El origen del campo magnético de la Tierra

9uando la Tierra se formó hace unos ,; millones de a-os, los elementospesados se concentran en el centro, como resultado me6clado con restos de elementos m1s ligeros, unaesfera de conocidos como registros paleomagnéticos. Esto signica que debe haber unproceso que regenera las corrientes eléctricas en el n4cleo de la Tierra contrala disipación óhmica. El estudio de los registros paleomagnéticos del campomagnético de la Tierra también reveló una característica m1s desconcertante:el campo magnético de la Tierra ha invertido su tiempo de polaridad variosdurante su historia de una manera aparentemente caótico. El mecanismo de

8/17/2019 El Origen Del Campo Magnético de La Tierra

2/6

dinamo autoe2citado fue propuesto por primera ve6 por ir oseph Barmor en@F@F para tener en cuenta el campo magnético de las manchas solares. Estateoría, llamada la teoría del dínamo, para abreviar, propone que la solución nomagnético > G = en un 8u0o magnetohidrodin1mica puede volverse inestablesi el 8u0o es lo sucientemente vigorosa. Este tipo de inestabilidad puede serf1cilmente introducido usando un dispositivo de disco mec1nico simple >véaseel recuadro, no es tan sencillo cuando se trata de un volumen uniforme de lareali6ación de 8uid.# principal causa de preocupación fue identicado porprimera ve6 por Thomas 9ubierta, tan pronto como sea @Fun enfoque tentador considerar lafuerte simetría del campo de la Tierra. (e hecho un resultado a4n m1s generalvino después, * se conoce como el teorema de Heldovich: ninguna solución dedos dimensiones se puede buscar. El problema tiene que contemplarsedirectamente en las tres dimensiones del espacio, sin la esperan6a de unprimer acercamiento espacial simplicada. El problema se formali6ó 0ustodespués de la egunda "uerra %undial por !alter Elsasser. # pesar de latemprana mala noticia del teorema de 9ubierta, que es la 4nica teoría quepuede dar cuenta de las limitaciones de observación. #dem1s, una buenacaracterística notable de las ecuaciones resultantes es su invariancia ba0o uncambio de signo de . i un campo de velocidad de espacio * tiempo u >2, t,un campo de temperatura T >2, t, * un campo magnético >2, t, se puedeidenticar que satisfacen las ecuaciones que gobiernanI a continuación, losmismos campos de velocidad * temperatura, 0unto con el campo magnéticoopuesto $ >2, t también satisfacen las ecuaciones. Esta propiedad >comoresultado de una ecuación lineal que rige la evolución de * una fuer6a deBorent6 cuadr1tica en en la ecuación de momento lo hace mu* bien en lacontabili6ación de las inversiones. Bos dos polaridades no necesitancorresponder a dos estados * reversiones hidrodin1micos diferentes puede serpensado como transiciones de una solución magnético a otro. Jtra cuestiónfundamental se reere a las propiedades del hierro líquido. 9omo todos losmetales líquidos, hierro líquido se disipa las corrientes eléctricas mucho m1seciente que el calor * el impulso. En otras palabras, las relaciones de laviscosidad cinem1tica o difusividad térmica a la difusividad magnética >estasproporciones son conocidos, respectivamente, como el n4mero de 5randtlmagnético * el n4mero 'oberts son e2tremadamente peque-a >del orden de@=$K. (esde la acción dínamo requiere movimientos que ser losucientemente fuerte para contrarrestar la difusión magnética, que signica

que son e2tremadamente vigorosa en comparación, por e0emplo, a los efectosviscosos. Ba relación de estos dos efectos se conoce como el n4mero de'e*nolds. Dn gran n4mero de 'e*nolds signica una fuerte cone2ión con eldifícil problema de la turbulencia hidrodin1mica. En el caso de la din1mica deln4cleo de la Tierra, este problema se hace a4n m1s difícil por la r1pida rotaciónde nuestro planeta. Ba fuer6a de 9oriolis, así como la fuer6a de Borent6magnético, afecta fuertemente el 8u0o turbulento, la reducción de laturbulencia, sino también lo que es mu* anisotrópico. Bas propiedades de esta

8/17/2019 El Origen Del Campo Magnético de La Tierra

3/6

turbulencia magnetohidrodin1mica de rotación r1pida son, hasta ahora, le0osde entenderse. e ha logrado un progreso signicativo en los 4ltimos a-os. Bosmodelos numéricos lograron resolver el con0unto adecuado de ecuaciones en lageometría correspondiente. in embargo, los modelos est1n restringidos hastaahora a un régimen par1metro mu* remoto, dominado por las fuer6as viscosas.e est1n reali6ando esfuer6os para tratar de impulsar modelos para elequilibrio de fuer6as derecha. (inamos 8uidos e2perimentales también fueroncreados simult1neamente en @FFF en 'iga >Betonia * +arlsruhe >#lemania,pero los 8u0os en estos primeros e2perimentos fueron mu* limitados >guiadospor 8u0os dinamo analíticos bien establecidos. El primer ob0etivo de la nuevageneración de e2perimentos es reducir las restricciones en el 8u0o * asíobtener una perspectiva de la solución dinamo. L5or qué es el campo de la

 Tierra dominada por un dipolo a2ial? L9ómo invertir? L9u1l es el papel de laturbulencia en el proceso dinamo? L9ómo funciona el sistema de disipar laenergía a peque-a escala? Estas son algunas de las preguntas abiertas que losinvestigadores est1n tratando de resolver.

Ba inversión de la polaridad se acerca #unque este campo de investigación halogrado avances signicativos en los 4ltimos a-os, también ha recibidoconsiderable atención en la prensa debido a la preocupación de una inversiónde la polaridad que se apro2ima. (e hecho, incluso se ha propuesto queactualmente estamos en el comien6o de una reversión geomagnética tales.(ado que estas preocupaciones son guiados por los hechos observacionales,revisaremos brevemente aquí.

El momento dipolar decadencia

Ba manera habitual de medir la fuer6a * orientación del componente dipolar delcampo geomagnético es utili6ar el momento dipolar. e dene el uso de los

primeros términos de la e2pansión armónica esférica. Es una nociónconveniente, *a que también se puede recuperar en el pasado usando registrospaleomagnéticos >despreciando el efecto promediado de ma*or momento. Enlugar de utili6ar los datos del observatorio magnético bruta, nos basamos aquíen modelos suavi6ados basados en estas mediciones. Estos son el modelo decampo geomagnético gufm >ac/son et al., A=== durante @K==$ @FF= o elcampo geomagnético de referencia $M"' Mnternacional >%andea * %ac%illan,A=== que se remonta a @F==. Estos modelos dieren sólo ligeramente *vamos a utili6ar, tanto para destacar las características robustas. #mbosrevelan claramente >ver igura @ la disminución r1pida * relativamenteconstante del momento dipolar geomagnético en los 4ltimos cuatro siglos. Esto

constitu*e el motivo original * primario para re8e2ionar sobre la posibilidad deuna inversión que se apro2ima. Tan sorprendente como que sea, estadisminución no es necesariamente signicativo, especialmente si el presentemagnitud del momento dipolar no es peque-a en comparación con la delpasado. (e hecho paleomagnetismo revela que la amplitud del campogeomagnético es una cantidad 8uctuante * el presente disminuciónsimplemente podría ser parte de tal hecho 8uctuations.Mn resulta que, elpresente momento dipolar sigue siendo signicativamente ma*or que su valor

8/17/2019 El Origen Del Campo Magnético de La Tierra

4/6

promediado tanto sobre el 4ltimo intervalo de polaridad > N== +a * los tresanteriores >=,N$@,A %a, véase la Tabla @ >ervicio et al., A==;. Jtra propiedadinteresante de momento dipolar de la Tierra es su dirección, especialmente su1ngulo de inclinación, la tangente de que revela la fuer6a relativa de lacomponente de dipolo a2ial >es decir, alineado con el e0e de rotación a laecuatorial. Este 1ngulo se representa en función del tiempo en la igura A. Esevidente que el 1ngulo est1 actualmente aumentando r1pidamente hacia F= C.En otras palabras, el componente dipolar es cada ve6 m1s a2ial. Esto es 0ustolo contrario de lo que se espera de una inversión, simplemente re8e0a el hechode que el dipolo ecuatorial es, por el momento, disminu*endo a4n m1sr1pidamente que el dipolo a2ial.

Ba aceleración polo inclinación magnética

 #dem1s de la e2pansión armónica esférica global del campo, también sepuede pensar en cantidades denidas localmente: los polos magnéticos deinmersión. Estos son los dos lugares de la Tierra a la que una agu0a magnética

se situaría hacia arriba. Es importante para capturar la distinción entre estospuntos * la orientación momento dipolar se discutió anteriormente. %ientrasque los polos del campo de dipolo a gran escala identicado en los p1rrafosanteriores, el uso de una e2pansión armónica esférica, son una forma naturalantípoda al otro, los polos magnéticos de inmersión son ob0etos localesafectadas por todos los componentes en una e2pansión espectral. 9omoresultado, pueden moverse independientemente uno de otro. 'esulta que laposición del norte polo inclinación magnética se mide a menudo durante lase2pediciones cientícas, * se descubrió recientemente que su velocidad est1aumentando r1pidamente, alcan6ando el enorme valor de = /m O a-o en los4ltimos a-os, mientras que su pea/velocit* había sido de unos @; /m O a-odurante el 4ltimo siglo. Este aumento repentino en la velocidad del polo nortede inclinación magnética se piensa que es un presagio de un cambio repentinoen el comportamiento de la materia, que es posiblemente entrando en unafase de reversión. Esta ha sido la causa de un considerable entusiasmo. inembargo, la primera llamativa sorpresa es que, en el otro hemisferio, lavelocidad polo magnético sur ha mantenido disminu*endo en los 4ltimos a-os* est1 mu* por deba0o de @= /m O a-oP #dem1s, al igual que para el dipolomundial, el polo norte inclinación magnética est1 cru6ando hacia el pologeogr1co * no fuera de élP (e hecho el polo inclinación magnética puede serentendido como el cero de la componente hori6ontal del campo. Tra6adoisovalores de la intensidad de campo hori6ontal >ver igura es decir, en la inmersión pole position, mientrasque el sur magnético polo chapu6ón es una cantidad mu* limitada >%ioara *(orm*, A==

8/17/2019 El Origen Del Campo Magnético de La Tierra

5/6

 Jtra posible se-al de una inversión se apro2ima es la evolución de laestructura del campo magnético en el límite entre el n4cleo >donde la accióndínamo se lleva a cabo * el manto >en gran parte aislante. "racias a lanaturale6a aislante del manto >los primeros mientras tanto lafusión de dos parches ha traído su n4mero aba0o $m1s de cientos de %*r es de @ reversión por millón de a-os >elvalor m12imo, cuando se promedia m1s de unos pocos millones de a-os, es deunos K reversiones por millón de a-os. #lgunos intervalos de polaridad,conocidos como superchrons, aunque duraron decenas de millones de a-osPEste argumento, por tanto, no es mu* convincente.

5erspectivas

Dna propiedad notable de acción dínamo parece ser su capacidad de traba0aren una gran variedad de cuerpos naturales. Ba ma*oría de los planetas en elsistema solar >7enus * %arte e2ceptuados e2hiben un campo magnético, pero

la inestabilidad dínamo también se produce en las escalas m1s grandes. Eldom >@== veces el radio de la Tierra en presenta un campo magnético, que seinvierte con un período relativamente regular de AA a-os. En un /iloparsec a4nma*or >

8/17/2019 El Origen Del Campo Magnético de La Tierra

6/6

el traba0o en todos estos ob0etos >por supuesto, ba0o diferentes regímenes depar1metros.

En conclusión, mientras que la acción dínamo * el origen de los camposmagnéticos de los planetas, las estrellas * las gala2ias constitu*e un desafíocientíco apasionanteI evidencia de una reversión inminente sigue siendo

bastante débil. 5or otra parte, se espera que la escala de tiempo típico parauna reversión a ser del orden de @=== a-os, de modo que no debe constituiruna fuente importante de urgente preocupación social. Lignica eso que estetipo de investigación, emocionante, *a que puede ser, no debe ser apo*ado? Esevidente que lo que debería. Bos investigadores tratan de entender el origendel campo geomagnético lo hacen por el bien de comprensión física, * para lame0ora de nuestro conocimiento generalI no por temor a una reversióninminente. 9ada ve6 son m1s los programas >tanto nacionales comointernacionales est1n surgiendo para fortalecer la investigación aplicada,dirigida directamente a las preocupaciones ambientales. 5uede ser tentadorpara algunos campos de investigación para poner las cuestiones ambientales

adelante hipotéticas * por lo tanto entran en los campos m1s ricos deinvestigación que aborda directamente *acía preocupaciones, pero es esta unacosa m1s inteligente que hacer en el largo pla6o? L5odría ser m1s valioso paradefender la idea de que la investigación b1sica es importante? Mncluso si$borroRing las palabras de acobi$ su 4nico ob0etivo es Slhonneur de lesprithumainS >el honor del espíritu humano.