origem e destino campo magnetico terrestre

Origem e Destino do Campo Magntico TerrestreThomas G. Barnes, D. Sci.

SOCIEDADE CRIACIONISTA BRASILEIRA

Origem e Destino do Campo Magntico TerrestreThomas G. Barnes, D. Sci.

ORIGEM E DESTINO DO CAMPO MAGNTICO TERRESTRECopyright 1973 Institute for Creation Research 2100 Greenfield Drive El Cajon, California 92021 U.S.A. Direitos de publicao reservados Sociedade Criacionista Brasileira Caixa Postal 08743 70312-970 Braslia DF BRASIL Telefax: (61)3468-3892 Site: http://www.scb.org.br E-mail: [email protected] Presidente: Ruy Carlos de Camargo Vieira Vice-Presidente: Rubens Crivellaro Secretrio: Hiplito Gadelha Remgio Diretor Executivo: Rui Corra Vieira

FICHA CATALOGRFICA _____________________________________________________________________ Barnes, Thomas G. Origem e destino do campo magntico terrestre / Thomas G. Barnes ; [traduo, Daniela Simonini Teixeira]. Braslia : Sociedade Criacionista Brasileira, 2010 CD-ROM ; 4 pol. Traduo de: Origin and destiny of Earth's magnetic field. I. Ttulo. 1. Magnetismo terrestre. 2. Criacionismo. 3 Evolucionismo. 4. Religio e cincia. CDD 538/.7 _____________________________________________________________________

1 Edio -2010 - 500 exemplares em CD-ROM Impresso no Brasil / Printed in Brazil Projeto grfico e diagramao: Roosevelt S. de Castro Ilustraes vetorizadas: Victor Hugo A. de Castro TODOS OS DIREITOS RESERVADOS Nenhuma parte desta publicao pode ser reproduzida, armazenada em sistemas de recuperao, ou transmitida de qualquer forma ou por qualquer meio eletrnico, mecnico, fotogrfico, gravao, ou qualquer outro sem a expressa permisso prvia dos editores, com exceo de breves trechos em artigos de revistas e/ou revises crticas.

AGRADECIMENTOS(Edio Original)

O autor deseja expressar sua apreciao a Mr. Phillip H. Duran, que efetuou alguns clculos estatsticos no computador. O autor deseja tambm demonstrar sua gratido ao trabalho de sua filha, Betty Blackmond, que elaborou a maior parte das ilustraes, e sua esposa Libby Barnes, pelo seu contnuo encorajamento e pela datilografia dos manuscritos. Deseja tambm agradecer o encorajamento recebido do Dr. Henry Morris e do Dr. John Morris para a preparao da ilustrao constante da Figura 6-1 do Captulo VI.

AGRADECIMENTOS(Edio Traduzida)

A Sociedade Criacionista Brasileira deseja expressar seus agradecimentos a todos os que cooperaram para que pudesse ser publicada a traduo deste livro de autoria do Dr. Thomas G. Barnes. Entre numerosos outros nomes que desejaramos citar, destacamos o da nossa colaboradora Engenheira Eletricista Daniela Simonini Teixeira, pelo primoroso trabalho de traduo da segunda edio do livro publicado em Ingls em 1983, nos Estados Unidos da Amrica do Norte.

O AUTORO Dr. Thomas G. Barnes fsico, em sua formao, mas sua atividade cientfica estendeu-se a muitos campos, desde a Medicina Geofsica. Graduou-se na HardinSimmons University em 1933, e terminou seu mestrado na Brown University em 1936, estudando sob a orientao do famoso fsico R. B. Lindsay. Em 1960 recebeu o ttulo de Doutor em Cincias da Hardin-Simmons University. Ele foi professor de Fsica na University of Texas, em El Passo, de 1938 a 1981, e hoje professor emrito de Fsica nessa Universidade. Foi Diretor do Schellenger Research Laboratories na University of Texas em El Paso, desde a sua fundao em 1953 at 1965. Foi nesse perodo que o Laboratrio granjeou seu maior prestgio e desenvolveu suas atividades mais intensas. O trabalho do grupo sob a direo do Dr. Barnes teve alta repercusso na Fsica Atmosfrica, Acstica e Balstica de Foguetes. Durante a Segunda Guerra Mundial, o Dr. Barnes desenvolveu muitas pesquisas em Fsica na Duke University (1942 1945), onde foi co-inventor e aperfeioador do Dodar, um dispositivo eletrnico de telemetria acstica. Trabalhou como fsico consultor para o Navy Electronics Laboratory em San Diego, California, nos veres de 1951 e 1952, para o U. S. Army Research Office em Durham, em 1963, e para a Globe Universal Sciences (hoje GUS Manufacturing Co.), de 1965 a 1977. Neste ltimo posto, realizou pesquisa original sobre microfones direcionais, dispositivos sensores magnticos, processos de extrao eletroqumica, e fontes de energia ssmica. Suas atividades de pesquisa compreenderam o desenvolvimento de aparelhagem para o estudo mdico de pacientes com problemas cardacos, e de dispositivos militares de deteco empregados no mar, em terra e na atmosfera superior. O Professor Barnes autor de muitos artigos cientficos sobre assuntos diversos, como Filtrao de Ondas Elsticas em Barras Slidas providas de Membranas como Ramos Laterais, e Dessensibilizao Eletroqumica de Dentes. autor, tambm, de um livro didtico amplamente usado em Faculdades e Universidades, intitulado Fundamentos de Eletricidade e Magnetismo (D. C. Heath and Co., 1965), em sua terceira edio em 1977. O livro todo foi desenvolvido pelo Prof. Barnes partindo dos princpios fundamentais do eletromagnetismo inerentes s quatro equaes de campo, de Maxwell. Na terceira edio desse livro, foram acrescentados dois novos captulos: Geomagnetismo e Uma Nova Teoria da Eletrodinmica. Estes so captulos que apresentam interesse especial para cientistas criacionistas.

O Prof. Barnes foi Chefe do Comit responsvel pelo desenvolvimento do livro-texto de Biologia da Creation Research Society publicado pela Zondervan Publishing House. Os leitores de artigos publicados na revista Creation Research Society Quarterly esto familiarizados com seus artigos que tratam do decaimento da intensidade do campo magntico terrestre. Este trabalho parece comprovar a idade recente da Terra. O Prof. Barnes hoje (1983) o Diretor da Graduate School of the Institute for Creation Research, em San Diego, California, EUA.

PREFCIOA partir da dcada em que o livro Origem e Destino do Campo Magntico Terrestre foi publicado pela primeira vez, mais cientistas criacionistas se convenceram do decaimento irreversvel do campo magntico terrestre primrio e da credibilidade dessa evidncia a favor de um limite superior recente para a idade do campo magntico terrestre e para a idade do prprio planeta Terra. Uma vez que preciso apenas uma prova a favor de uma Terra recente para refutar toda a doutrina da Evoluo, este se tornou o maior campo de batalha para o confronto cientfico entre criacionistas e evolucionistas. Inicialmente, os evolucionistas ignoraram totalmente este estudo, aparentemente considerando ser mais sbio tomar a posio de que quanto menos se falasse dele, melhor seria. Contudo, hoje no podem mais ignor-lo porque o trabalho agora est amplamente divulgado e tem sido apresentado em artigos tcnicos submetidos a vrios congressos cientficos. Poucos evolucionistas comearam a coment-lo publicamente e tentaram refut-lo em suas publicaes. por esta razo que o autor escolheu responder a esses cticos e desafi-los ainda mais, por meio desta nova edio. A primeira edio consistiu de uma poro introdutria elementar denominada Captulo I, mais as reedies dos trs primeiros artigos do autor sobre este assunto, que foram publicados no peridico da Creation Research Society. Tudo isso foi consolidado nesta nova edio, por ter adquirido credibilidade ao longo de todo esse tempo de avaliao. O novo material adicionado constituiu o Captulo V e o Captulo VI desta nova edio. O Captulo V tem o ttulo A "Confirmao da Teoria". Nele mostrada uma nova abordagem cientfica para se confirmar a teoria. Ela consiste em aplicar a teoria e os resultados previamente publicados (nos artigos anteriormente citados) para se obter uma estimativa da energia total no atual campo do dipolo magntico terrestre. Os evolucionistas no poderiam concordar com este valor da energia, porque afirmam que existe um dnamo que funciona base de outra forma de energia (ainda no muito clara para eles, mas certamente no a prpria energia magntica do dipolo). O autor, ento, resolve a questo desenvolvendo um meio independente para demonstrar qual o valor real da energia magntica no campo magntico terrestre. Esta a melhor confirmao que a Cincia poderia dar a uma teoria. O autor estende um desafio aos cticos: falsear esse valor da energia ou rejeitar o dnamo hipottico e a fonte de energia hipottica que so demandados pela doutrina da Evoluo. O Captulo VI intitulado "Respostas aos Crticos". Ele contm respostas especficas para alguns ataques publicados contra os trabalhos do autor, e expe as

falcias das afirmaes e da posio de seus crticos. Mais adiante, existe um tratamento das "Respostas Gerais para todos os Crticos". H tambm algum material novo da literatura pertinente, no qual os prprios evolucionistas reconhecem pontos fracos da hiptese da reverso do campo magntico. Existem argumentos lgicos adicionais que apoiam a teoria do decaimento da intensidade do campo magntico terrestre. Thomas G. Barnes San Diego, Califrnia Setembro, 1982

PREFCIO PRIMEIRA EDIOA propriedade geofsica global mais relevante descoberta no sculo dezenove foi o decaimento rpido da intensidade do campo magntico terrestre. A perda gradativa do escudo magntico que tem protegido a Terra contra radiaes nocivas consequncia desse decaimento. Neste estudo, o autor fornece uma resposta para a seguinte questo: Quando o campo magntico vai desaparecer por completo? A origem do campo magntico terrestre tem-se apresentado como um problema para os cientistas evolucionistas, porque os melhores dados, os dados obtidos em tempo real (130 anos de coleta de dados), no se encaixam em sua geocronologia tradicional. O autor do presente estudo demonstra que esses dados, de fato, apoiam a teoria primeiramente proposta por Sir Horace Lamb. Esta teoria foi atualizada e os dados em tempo real foram utilizados para calcular a meia-vida do campo magntico terrestre. Valores da intensidade do campo magntico terrestre, extrapolados para o passado, foram ento comparados com os de campos magnticos estelares a fim de se chegar a um limite razovel para a idade do campo magntico terrestre. O presente estudo inclui uma discusso elementar sobre os princpios fsicos pertinentes. A teoria atualizada, em seguida, aplicada para a obteno de novas idias para o estudo das propriedades do ncleo terrestre, e feita uma avaliao da condutividade eltrica do ncleo terrestre. Essa condutividade comparada com a de alguns materiais submetidos a elevadas temperaturas, como pista para se aproximar do tipo de material existente no ncleo terrestre. apresentado tambm um estudo computacional para se calcular o valor da corrente eltrica atualmente circulando no ncleo terrestre e da resultante taxa do aquecimento por ela gerado. A consequncia mais profunda desta teoria da origem do campo magntico terrestre e dos dados observados que ela exige uma origem recente para o planeta Terra. No existe maneira uniformitria pela qual a corrente eltrica fenomenalmente elevada, necessria para se produzir o campo magntico terrestre, tenha sido iniciada em tempo geolgico recente. Conclui-se, ento, que o campo magntico terrestre o resultado da Criao descrita na Bblia. Thomas G. Barnes El Paso, Texas Julho, 1973

NDICEINTRODUO ......................................................................................................... 15 CAPTULO I ............................................................................................................. 19 ORIGEM E DESTINO DO CAMPO MAGNTICO TERRESTRE CAPTULO II ............................................................................................................ 41 DECAIMENTO DO MOMENTO MAGNTICO TERRESTRE E AS IMPLICAES GEOCRONOLGICAS CAPTULO III ........................................................................................................... 53 IDADE RECENTE VERSUS IDADE GEOLGICA PARA O CAMPO MAGNTICO TERRESTRE CAPTULO IV ........................................................................................................... 63 ELETROMAGNETISMO DO CAMPO MAGNTICO TERRESTRE E CLCULO DA CONDUTIVIDADE, DA CORRENTE E DO EFEITO JOULE NO NCLEO DA TERRA CAPTULO V ............................................................................................................ 75 A CONFIRMAO DA TEORIA CAPTULO VI ........................................................................................................... 83 RESPOSTAS AOS CRTICOS

INTRODUOSob o ponto de vista ambiental, existem dois campos de fora associados ao planeta Terra: o campo gravitacional e o campo magntico. O campo gravitacional nos atrai para a Terra, evitando que sejamos expelidos para o espao. Este campo tambm impede que a atmosfera seja expelida do planeta. A atmosfera protege o planeta contra as radiaes nocivas. Por exemplo, o oznio nos protege dos raios ultra-violetas, uma forma letal de radiao. O que no to bem conhecido que o campo magntico forma um escudo magntico em volta da Terra, que a protege contra outras formas nocivas de radiao, como os raios csmicos e o vento solar. Embora no haja perigo de o planeta perder seu campo gravitacional, a intensidade do campo magntico terrestre est decaindo mais rapidamente do que qualquer outro fenmeno geofsico global. Esse contnuo enfraquecimento do campo magntico terrestre e o associado aumento da incidncia de radiao nociva esto alm do controle do homem. Existem outras concluses a que se pode chegar partindo-se do decaimento da intensidade do campo magntico terrestre, alm do crescente problema ambiental: 1) As datas estabelecidas pelo mtodo do Carbono-14 precisam ser corrigidas para valores mais baixos; 2) O limite superior estabelecido para a idade do campo magntico terrestre aplicvel tambm para o prprio planeta Terra. Este estudo pretende ser til ao leigo e ao cientista. Ele contm uma riqueza de material facilmente compreendido por um leigo, dificilmente encontrado em outra literatura. O estudo tambm contm alguns artigos tcnicos que tm algum envolvimento matemtico, que necessrio para garantir a integridade cientfica deste trabalho. Esses artigos foram previamente publicados em edies trimestrais da Creation Research Society. Eles do suporte cientfico para uma criao recente, e tm contribudo para levar inmeros outros cientistas s mesmas concluses. Os primeiros quatro captulos deste livro so os mesmos constantes da sua primeira edio. O Captulo I tem o mesmo ttulo do livro e pretende ser um guia bsico para o leigo. Ensina os fundamentos da Fsica pertinentes ao assunto e mostra sua aplicao teoria da origem do campo magntico terrestre. Com os fundamentos do magnetismo e a correspondente Teoria do Eletromagnetismo, o leigo poder ver por si mesmo que as solues apresentadas nesta seo explicam, de 15

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fato, a origem e a histria do campo magntico terrestre. Isto puxa para 1.400 anos o clculo da meia-vida do campo magntico terrestre e identifica esse valor como a taxa a ser usada em um novo tipo de cronmetro terrestre, associado aos dados da Astronomia, para inferir a idade da Terra em menos de 10.000 anos. Mostra, tambm, como surge um novo conhecimento geolgico sobre o ncleo terrestre a partir desta abordagem eletromagntica para as Geocincias. O Captulo II, "Decaimento do Momento Magntico Terrestre e Implicaes Geocronolgicas", prov algum conhecimento da Histria da Cincia que define um cenrio para as concluses a que agora podemos chegar. Os dados histricos incluem: 1) A prova terica de Sir Horace Lamb, em 1883, de que o campo magntico terrestre resultado de um evento original (Criao) e de que, desde ento, a intensidade do campo tem sofrido decaimento; 2) Dados, em tempo real, do decaimento do momento do campo magntico terrestre tm sido acumulados desde 1835. Mas ningum havia associado a tese de Lamb aos dados acumulados, para a confirmar. Referncias da literatura mostram que esta associao no havia sido feita antes, em razo da inibidora influncia do preconceito evolucionista tradicional. Encontram-se tambm includos nesta seo: 1) Um mtodo elementar para o clculo da meia-vida, a partir da tabela de dados do momento do campo magntico terrestre. 2) Limites superiores para a idade da Terra impostos pelo calor gerado pelas correntes eltricas no ncleo terrestre. 3) Mais dados sobre o efeito da blindagem magntica sobre a incidncia da radiao csmica. 4) Um olhar mais atento nos fatores que precisam ser revisados para corrigir para baixo as datas anteriormente estabelecidas pelo mtodo do Carbono-14. O Captulo III, "Idade Recente versus Idade Geolgica para o Campo Magntico Terrestre", contesta a explicao ortodoxa das Geocincias quanto origem do campo magntico terrestre e seu histrico de inverses. Isso feito ao 16

Origem e Destino do Campo Magntico Terrestre

serem selecionadas citaes de sua prpria literatura tcnica. Alm desta evidncia avassaladora, mostrado que a hiptese mais difundida de um dnamo-fonte no ncleo terrestre pode ser descartada ao se evocar um teorema bastante bem fundamentado enunciado pelo famoso matemtico T. G. Cowling. Um fato interessante revelado nesta seo. O to famoso histrico das reverses magnticas supe provar que o campo magntico terrestre tem bilhes de anos de idade. Os dados que servem de base para este fato (registros de orientaes de magnetismo remanescente em rochas), so to contraditrios que algo precisou ser feito para salvar a teoria. Ento, quatro teorias fsico-qumicas foram propostas, nas quais aes intrnsecas nas rochas mudaram a direo magntica ao seu redor, independentemente da orientao do magnetismo da Terra. Quando os dados mostraram-se contrrios hiptese da reverso do campo, um daqueles mecanismos auto-reversos foi considerado responsvel pela falha dos dados que apoiam a hiptese. Entretanto, cientistas criacionistas devem se basear nessas quatro teorias para concluir que a reverso da orientao do magnetismo de rochas no uma indicao da reverso do dipolo magntico terrestre. Qualquer suposta histria do dipolo magntico ou magneto terrestre, por mais famosa que seja, no possui significado algum se tiver sido originada a partir de medidas do magnetismo de rochas. Para validar esta concluso, preciso apenas saber que: nunca algum fez uma avaliao comprovada do momento magntico terrestre por meio de medidas de magnetismo de rochas. Medidas de magnetismo de rochas no so confiavelmente relacionadas com o momento magntico terrestre. Alm do mais, o nico parmetro que deve ser avaliado para descrever o estado do dipolo magntico terrestre seu momento magntico. O Captulo IV, "Eletromagnetismo do Campo Magntico Terrestre e Avaliao da Condutividade Eltrica, Corrente, e Efeito Joule no Ncleo Terrestre", faz uso da Fsica Matemtica para estabelecer uma base rigorosa para a teoria do autor. Para compreender este raciocnio em detalhe, preciso ter o conhecimento que tem um fsico ou um engenheiro eletricista, mas os resultados e o novo entendimento alcanado so compreensveis e podem ser apreciados tambm por leigos. Por exemplo, a corrente eltrica no ncleo terrestre de 6 bilhes de ampres. A taxa da perda de energia no ncleo terrestre de 800 megawatts, aproximadamente igual energia eltrica necessria a uma cidade com um milho de pessoas. O ritmo do movimento anti-criacionista aumentou bastante ultimamente. Isso se deve parcialmente ao fato de que as evidncias de uma Terra recente esto tornando mais difcil a doutrinao de estudantes de nivel mdio com dogmas evolucionistas. O autor e seus colegas criacionistas anteriormente eram ignorados, mas atualmente o estamento evolucionista est publicando ataques aos criacionstas e seus trabalhos. O autor acrescentou a este livro os Captulos V e VI para responder 17

Thomas G. Barnes

a esses ataques e contra-atacar com um novo desafio cientfico. Deve-se considerlos como um mini-debate. O leigo e o cientista provavelmente acharo interessantes essas novas sees. recomendvel que o leigo desconsidere as partes matemticas do livro, mas que leia todas as outras. O cientista reconhecer as partes tcnicas que apresentam maior importncia cientfica, e que devero ser de interesse particular para ele.

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CAPTULO I ORIGEM E DESTINO DO CAMPO MAGNTICO TERRESTREA) Dipolos Magnticos (Magnetos) Naturais e Artificiais Na sia Menor, prximo antiga cidade grega de Magnsia, existem grandes jazidas de um xido de ferro de composio Fe3O4. Desde tempos antigos esse mineral era conhecido por possuir a propriedade de atrair outros pedaos de mineral do mesmo tipo e tambm de atrair pedaos de ferro comum (Figura I.1). Acredita-se que o nome de magnetita foi atribudo a este material por causa do local Figura I.1 no qual foi originalmente descoberto. A magnetita um minrio naturalmente magnetizado. Sua Embora ningum saiba quo antiga magnetizao demonstrada pela atrao que exerce sobre clips de ferro. foi a descoberta deste material magntico, Tales de Mileto, que viveu por volta dos anos 600 antes de Cristo, j havia falado dele. Havia tambm h muito tempo o reconhecimento do fato de que, se um mineral magntico natural fosse suspenso a ponto de se manter livremente oscilando, ele tenderia a se direcionar no sentindo norte-sul. O nome lodestone (pedra guia) foi dado a ele pelos povos germnicos (m ou magneto, em Portugus). Tem-se conhecimento do uso de uma agulha magntica como bssola, pelos chineses, antes do ano 1.000 A.D. Por volta desta data, ela comeou a ser comumente utilizada na navegao. Se uma haste longa de ao for atritada com um magneto natural, ela se torna magnetizada. Sendo assim, pode-se induzir o magnetismo em certos tipos de materiais, conhecidos como ferromagnticos. Esta experincia mais facilmente realizada com o tipo de m artificial do que com o tipo de ms naturais. ms artificiais tm sido utilizados em bssolas magnticas. (Figura I.2) 19

Bssola magntica

Figura I.2

Thomas G. Barnes

B) Representao do campo magntico por linhas de fora A regio do espao onde o efeito das foras magnticas se faz sentir em torno do dipolo magntico chamada de campo magntico. O campo to forte perto da extremidade da barra que atrai e segura limalha de ferro ou outros materiais ferromagnticos. As extremidades da barra, onde o campo mais forte, so chamadas N S de plos do dipolo magntico. Se um dipolo magntico for colocado horizontalmente com uma folha de papel sobre ele, e se for espalhada limalha de ferro sobre o papel, a limalha se alinhar ao Figura I.3 Limalhas de ferro alinham-se na proximidade da barra magnetizalongo de linhas distintas (Figura da. As linhas ficam mais concentradas junto aos plos. I.3). O campo magntico exerce fora sobre a limalha, que ocasiona esse seu alinhamento, o que sugeriu o conceito de linhas de fora no espao em torno do dipolo magntico. Foi Michael Faraday quem primeiro empregou esse conceito de linha de fora para descrever as propriedades do campo magntico. Os plos do dipolo magntico so chamados de plo norte e plo sul. O plo norte aquele que aponta para o norte geogrfico quando o dipolo magntico gira livremente. Convenciona-se que as linhas de fora tm o sentido que parte do plo norte e chega ao plo sul do dipolo magntico. A direo da linha em qualquer ponto indica a direo do campo magntico naquele ponto. Assim, as linhas de fora constituem uma representao visual simples do campo magntico produzido pelo dipolo magntico. Onde as linhas de fora esto mais prximas, o campo magntico mais intenso; onde as linhas esto mais afastadas, o campo magntico mais fraco. Essa representao mostra que o campo magntico mais forte nos plos do que em qualquer outro local. C) Desmagnetizao trmica dos materiais Nem todos os materiais so ferromagnticos, ou seja, nem todos os materiais podem ser fortemente magnetizados. De todos os elementos qumicos, apenas o ferro, o nquel, o cobalto, e o gadolnio podem ser fortemente magnetizados. Mas vrias ligas e alguns materiais cermicos podem ser fortemente magnetizados. Assim, possvel fabricar dipolos magnticos artificiais de vrios materiais. Porm, a magnetizao em todos esses materiais desfeita se a temperatura for muito elevada. (Figura I.4). A temperatura na qual a magnetizao do material desfeita chamada 20


de Ponto Curie. No existe magnetizao de materiais em temperaturas acima do Ponto Curie. O Ponto Curie do Ferro 750 C, e portanto, no existem dipolos magnticos de ferro nesta temperatura ou acima dela. A temperatura da Terra aumenta com a profundidade. Em uma profundidade de aproximadamente 25 km, a temperatura j alcana ou excede o Ponto Curie de materiais ferromagnticos. A temperatura em profundidades maiores excede do Ponto Curie de todos os materiais da Terra, e portanto no existem materiais magnetizados nessas profundidades. Mas 25 km apenas uma pequena frao do raio terrestre, que mede 6.370 km. Assim, possvel obter magnetizao natural apenas em uma fina camada da crosta da Terra (Figura I.5).

Com a temperatura abaixo do Ponto Curie

Com a temperatura acima do Ponto Curie

A magnetizao de um material em temperaturas abaixo do Ponto Curie ilustrada pela atrao exercida sobre pregos de ferro. O mesmo material perde sua magnetizao em temperaturas superiores ao Ponto Curie.

Figura I.4

C

km

km

Somente uma pequena quantidade de material est suficientemente resfriada na crosta terrestre para poder ser magnetizada. Os minerais existentes na crosta contribuem com uma parcela desprezvel para a intensidade total do campo magntico terrestre.

Figura I.5

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Amostras de superfcie e amostras profundas (retiradas na perfurao de poos) indicam que, se a crosta terrestre for tomada como um todo, seu material no se apresenta fortemente magnetizado, e portanto materiais magnetizados no podem ser a fonte do campo magntico terrestre primrio. No existe suficiente mineral magnetizado em estado natural na Terra para gerar o campo magntico terrestre, ento preciso encontrar outro tipo de fonte para o campo magntico terrestre primrio; ele no pode ser produzido por materiais magnticos. D) O dipolo magntico terrestre um dipolo eletromagntico Em 1820, Hans Christian Oersted fez a importante descoberta de que a agulha magntica da bssola afetada por uma corrente eltrica em suas proximidades (Figura I.6).

A

B

Ilustrao dos experimentos de Oersted

Figura I.6

Um eletro-m formado pela corrente eltrica que percorre um circuito circular, no caso da ilustrao um conjunto de espiras

Figura I.7

No demorou muito para se demonstrar que poderia ser produzido um m por uma corrente percorrendo um circuito circular. Este tipo de m foi chamado de eletro-m (Figura I.7). Quanto maior for a corrente e maior a rea do crculo, mais forte ser o eletro-m. Essa caracterstica do eletro-m, medida pelo produto da corrente (em ampres) multiplicada pela rea (em metros quadrados), recebe o nome de momento magntico e sua unidade de medida o ampre.metro quadrado.

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Atualmente sabe-se que o dipolo magntico terrestre produzido por uma corrente eltrica que circula no ncleo da Terra (Figura I.8). Como mencionado previamente, a temperatura no ncleo da Terra to alta que nenhum material nele existente poderia contribuir para a sua formao; somente a corrente eltrica poderia produzir esse eletrom. O valor atual do momento magntico desse dipolo magntico da Terra foi estimado em 8.1022 ampre.metro2. Isso constitui um dipolo magntico extremamente forte, muitssimo mais forte do que qualquer eletro-m fabricado artificialmente.

Linhas Magnticas

Corrente Eltrica

Figura I.8 importante saber que o dipo- Correntes eltricas circulando no ncleo produzem o campo magntico terrestre. lo magntico terrestre um eletrom, pois isso significa que a corrente eltrica deve continuar circulando, sem o que no haver dipolo magntico. Isso no pode ser um fenmeno permanente porque a corrente eltrica dissipa energia (perda por calor) e no existe uma fonte ilimitada de energia disponvel para ela. Numa seo posterior, ser demonstrado que a intensidade do dipolo magntico terrestre est decaindo. este fenmeno de decaimento que fornece pistas para descobrir a origem e o destino do campo magntico terrestre. E) O campo magntico protege a Terra contra a radiao O dipolo eletromagntico no ncleo da Terra to forte que seu campo magntico se estende para fora da superfcie terrestre e para mais alm. Pode-se observar esse campo pelo desvio que ele causa na agulha da bssola, fazendo-a apontar para o norte. O que no se v, e que de muito maior importncia, a blindagem magntica que esse campo prov para o planeta Terra. A maior parte do vento solar e parte dos raios csmicos, ambos formas nocivas de radiao eletricamente carregada, desviada pelo campo magntico terrestre antes de atingir a Terra. A teoria, confirmada por medidas feitas por satlite, indica que o campo magntico terrestre exerce presso contra o vento solar. Esta presso produz uma onda em forma de ogiva (s vezes chamada de frente de choque) que se estende para diante da Terra, distncia de muitos raios terrestres 2 (Figura I.9). O vento solar tende a se defletir ao passar por esta frente de choque, desviando-se da Terra e garantindo ao ambiente terrestre proteo contra a radiao. 23

Thomas G. Barnes Cinturo de Radiao de Van Allen

Vento Solar

Plasma

Plasmasfera

Magnetopausa

O campo magntico terrestre exerce uma presso que forma a frente de choque que desvia o vento solar, protegendo a Terra contra radiaes nocivas.

Figura I.9

Raios csmicos so partculas com alta velocidade, carregadas positivamente, chegando Terra de todas as direes. O campo magntico terrestre exerce uma fora sobre essas partculas mveis, sempre apontada nas direes perpendiculares tanto ao seu movimento quanto do campo magntico. Assim, a menos que a partcula esteja em movimento exatamente na mesma direo que o campo magntico, existe uma fora que tende a desviar a sua trajetria. A Figura I.10 mostra como o campo magntico terrestre desvia a trajetria dos raios csmicos fazendo com que se afastem da Terra.NORTE

SUL

O campo magntico terrestre tende a desviar a trajetria dos raios csmicos para longe da Terra, parcialmente protegendo a Terra contra essa radiao nociva.

Figura I.10

Alguns dos raios csmicos chegam com to grande velocidade e em ngulos tais que o campo magntico no suficientemente forte para desvi-los e afast-los da Terra. Nas regies polares, alguns raios podem penetrar ao longo das linhas de fora, sem sofrerem nenhum desvio. Nesse caso, no h campo magntico suficiente para proteger a Terra totalmente. No entanto, existe uma proteo substancialmente grande contra o vento solar e a radiao csmica. Como a intensidade do campo magntico tem decado, essa proteo ambiental tambm tem diminudo.

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NORTE

Trajetria das particulas

TERRA

Linhas do campo magntico Sul

Figura I.11Auroras boreais

As lindas e coloridas auroras do rtico e da Antrtida resultam da radiao que chega at a atmosfera terrestre (Figura I.11). Esses raios so guiados pelas linhas de fora magnticas que chegam Terra, na proximidade dos plos. Nenhuma fora defletora exercida neles, consequentemente existe mais radiao incidindo na atmosfera terrestre nas regies polares. F) Fonte da corrente eltrica no dipolo eletromagntico Muito se sabe sobre o campo magntico terrestre e seu efeito protetor contra a radiao. Porm, a natureza da fonte da corrente que gera o dipolo magntico terrestre tem sido ofuscada pelos proponentes entusiastas da Teoria do Dnamo. A Teoria do Dnamo afirma que existe um dnamo (um gerador eltrico de corrente contnua) no ncleo terrestre. Em todos os casos, essa teoria tem-se mostrado inadequada e insustentvel. Supe ela que esse dnamo esteja relacionado com movimentos hipotticos de fluidos no ncleo da Terra. Porm, anlises matemticas minuciosas, tais como as de T. G. Cowling, provam que qualquer movimento plausvel de fluido no ncleo da Terra no tem condio de gerar nenhum dnamo, mesmo que esses movimentos hipotticos existissem. 4 Existe, porm, uma explicao cientfica muito boa para a fonte atual do campo magntico terrestre. O famoso cientista Sir Horace Lamb forneceu a base cientfica para esta explicao em 1883. 5,6 A explicao que devem existir correntes eltricas livres circulando no interior da Terra, que seriam remanescentes de sua origem no passado, e que assim produziriam o campo magntico terrestre (Figura I.12). Mas o fato surpreendente, mostrado por Lamb, que essas correntes livres podem durar tanto quanto tm durado, sem necessitar qualquer dnamo para mant-las em circulao. Elas so correntes livres amortecidas, e consequentemente, a intensidade do campo magntico est tambm decaindo. 25

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Corrente Eltrica no Ncleo

Correntes eltricas livres amortecidas, no ncleo da Terra, devem ser a fonte atual do campo magntico terrestre. No existe um dnamo na Terra que possa produzir essas correntes.

Figura I.12

A tese de Lamb requer que a regio por onde essa corrente circula tenha uma boa condutividade eltrica, maior que a observada na crosta da Terra. Estudos atuais, baseados em anlises ssmicas, revelaram que existe um ncleo fluido no interior da Terra 7 (Ver Figura I.5, esquerda). Suspeita-se que nele exista ferro em fuso, porque os clculos mostraram que a densidade desta poro da Terra aproximadamente igual densidade do ferro e a temperatura muito alta. Um ncleo metlico como este leva a uma condutividade necessria s premissas de Lamb para correntes eltricas livres amortecidas que tm durado tanto tempo. Assim, a explicao de Lamb para o campo magntico da Terra elimina a necessidade da existncia de um dnamo que o mantenha. A corrente eltrica est ainda circulando aps a atuao de uma fora motriz inicial, mas no pode continuar assim indefinidamente por causa da resistncia eltrica no ncleo. G) Decaimento observado na intensidade do campo magntico terrestre A confirmao da tese de Lamb se baseia em observaes do decaimento da intensidade do campo magntico terrestre 8. Proponentes da Teoria do Dnamo no querem admitir que a intensidade do campo magntico esteja decaindo, enquanto que a tese de Lamb parte deste princpio (do decaimento) e relaciona a taxa de decaimento com a condutividade e as dimenses do ncleo da Terra. Lamb no foi capaz de estabelecer com preciso a taxa de decaimento da intensidade do campo magntico terrestre porque nada sabia sobre o ncleo terres26

to imen Deca ial nenc ExpoTempo


tre em fuso, nem teve a satisfao de ver os dados experimentais confirmando sua tese. No entanto, seu rigoroso trabalho terico proveu a nica explicao fisicamente aceitvel para a fonte do campo magntico terrestre. Isso constitui outro monumento honrando este cientista que tambm foi o autor do mais completo trabalho sobre Hidrodinmica. A confirmao experimental da tese de Lamb repousa numa longa srie de mensuraes que comearam com Karl Gauss. Gauss inventou um magnetmetro para medir o valor absoluto do campo magntico em vrios lugares ao redor da Terra, e ento desenvolveu os meios matemticos para reduzir essas medidas do campo magntico a um nmero nico que representasse a intensidade total do dipolo magntico terrestre (o momento magntico). O valor da intensidade total do dipolo magntico terrestre encontrado por ele foi registrado pela primeira vez em 1835. Vrias observaes e dedues tm sido feitas desde ento. Atualmente existe uma ampla gama de dados para mostrar que a intensidade total do dipolo magntico terrestre tem decado a uma taxa relativamente alta (Figura I.13). A taxa realmente to alta que o notvel cientista Sidney Chapman escreveu: Quando se considera o fenmeno em grande escala, ele deve parecer uma mudana secular rpida e notavelmente grande, sem nenhum paralelo com outra propriedade geofsica global. 9

1965 Campo magntico mais fraco

1835 Campo magntico mais forte

ILUSTRAO

O campo magntico terrestre tem decado continuamente ao longo dos 130 anos nos quais dados globais tm sido observados e calculados.

Figura I.13

Ento, a tese de Lamb para o decaimento da intensidade do campo magntico terrestre tem a confirmao de mais de 130 anos de observaes em tempo-real. Isso um perodo de confirmao em tempo-real muito maior do que o perodo que tem sido utilizado para a maioria dos processos de decaimento, tais como, por 27

Thomas G. Barnes

exemplo, o decaimento de elementos radioativos. Assim, o conhecimento da fonte e do comportamento do campo magntico terrestre repousa em mtodos fsicos reconhecidos e em extensas confirmaes observacionais. H) A meia-vida do dipolo magntico terrestre. A soluo de Lamb para a fonte do campo magntico terrestre mostra que a intensidade do dipolo magntico (o momento magntico M) decai exponencialmente, como mostra a Figura I.14. Este tipo de decaimento mais facilmente compreendido em termos de sua meia-vida, o tempo requerido para o valor inicial ser reduzido metade. A meia-vida do momento magntico terrestre de 1.400 anos (veja Captulo II-D). Esse valor t foi obtido por computao mediante a anlise estatstica apropriada para toFigura I.14 Representao do decaimento exponencial do momento dos os dados em tempo real disponmagntico terrestre (Intensidade do dipolo magntico). veis, dados esses correspondentes aos 130 anos de observaes globais. Essa meia-vida de 1.400 anos surpreendentemente curta, do ponto de vista histrico. Isso significa que a cada 1.400 anos, o dipolo magntico terrestre perde metade da intensidade que tinha no incio do perodo.H

A Tabela I.1 mostra a frao resultante do momento magntico inicial aps sucessivos intervalos de tempo iguais meia-vida. Note que, aps cada intervalo, a frao anterior foi reduzida metade. Os cinco intervalos de meia-vida indicados na Tabela representam cinco vezes 1.400 anos, ou um tempo total de 7.000 anos. Portanto, no decorrer de 7.000 anos o campo magntico terrestre decresceu at chegar a 1/32 do seu valor inicial. TABELA I.1 FRAO DO MOMENTO MAGNTICO RESULTANTE APS SUCESSIVOS INTERVALOS DE MEIAS-VIDASNmero de Meias Vidas Ocorridas 1 2 3 4 5 Frao Resultante do Momento Magntico 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32

28


I) O relgio magntico terrestre Como o momento magntico terrestre est decaindo a uma taxa conhecida, ele pode ser usado como relgio para a marcao do tempo geolgico. Da mesma forma que um relgio de corda, o relgio magntico terrestre depende da energia armazenada, e tende a parar. Entretanto, diferentemente do relgio de corda, ao qual se deve dar corda de tempos em tempos, o relgio magntico terrestre comeou com tanta energia que ainda est funcionando com sua corda inicial.

A mola para este notvel relgio a energia contida no campo magntico terrestre (Figura I.15). O funcionamento do relgio est baseado em uma taxa de decaimento confivel, a saber, decaimento metade a cada 1.400 anos. Se todos os outros relgios se perdessem em algum momento no futuro, antes do relgio terrestre parar, seria teoricamente possvel recuperar as datas a partir desse relgio magntico terrestre. Isso poderia ser feito fazendo-se a determinao precisa do momento magntico terrestre, obtendo-se ento a data correspondente na curva mostrada na Figura I.14. De maneira semelhante, teoricamente possvel marcar a data de eventos passados, mediante este relgio geolgico, se por algum meio se puder determinar precisamente o valor do momento magntico terrestre simultneo ao evento. Porm, essa uma tarefa muito difcil. Mesmo hoje, o momento magntico terrestre no pode ser precisamente determinado por uma nica medida local do campo magntico. Existem muitas variaes locais do campo magntico. Essas variaes locais podem ser devidas a correntes telricas (correntes terrestres nas proximidades), objetos locais, variaes diurnas (variaes dirias devido a causas extraterrenas), e outras causas. Para se reduzir com preciso o efeito total sobre a Terra a um nico valor o momento magntico preciso anlise estatstica cobrindo muito mais informao do que se observa em apenas um local. Assim, como todos os outros mtodos geofsicos de datao, o relgio magntico tambm possui suas dificuldades. No entanto, o limite da mola impe uma restrio ao limite superior da idade do campo magntico terrestre. J) A auto-induo desacelera o processo de decaimento do campo magntico Michael Faraday descobriu o princpio fsico de que uma corrente eltrica induzida num circuito condutivo sempre que houver uma mudana na quantidade de fluxo 29

A energia do campo magntico terrestre a mola do relgio de corda que vai diminuindo medida que o tempo passa.

Figura I.15

Thomas G. Barnes

magntico (linhas de fora) passando por dentro deste circuito. A Figura I.16 ilustra a sua lei da induo. Quando um m permanente movimentado para fora de uma espira, uma corrente eltrica nela induzida. Esta corrente induzida produz um campo magntico induzido que tende a compensar o campo magntico decrescente (ocasionado pela retirada do m do centro da espira), desacelerando, assim, o decaimento do campo magntico. No caso de um eletrom, se a fonte da corrente retirada, o campo decrescente induz similarmente uma corrente eltrica de compensao. Este processo chamado de auto-induo e ele evita que o campo magntico do eletrom desaparea instantaneamente. Sempre ser necessrio certo intervalo de tempo para esse decaimento do campo magntico.

Quando um m est sendo removido do centro da espira, o nmero das suas linhas de fora internas espira diminui. Isso induz uma corrente eltrica nas espiras. medida que o campo magntico terrestre decai, ele induz uma corrente eltrica no centro da Terra que tende a manter o campo magntico.

Figura I.16

Se no fosse a auto-induo, o campo magntico terrestre teria acabado h muito tempo. Uma vez que no existe um dnamo no ncleo da Terra para manter a corrente circulando, existe uma tendncia de a corrente eltrica desaparecer por completo. Mas os princpios da auto-induo garantem a desacelerao da taxa de decaimento do campo magntico. possvel calcular a taxa de decaimento para um eletrom se a sua auto-induo L e sua resistncia R forem conhecidas. A relao entre L e R governa a desacelerao da taxa de decaimento do eletrom. A constante de tempo T, isto , o tempo para o eletrom decair 37% do seu valor original, dado pela simples expresso: T = L/R, onde T medido em segundos, L medido em henry e R, em ohm. 10 30


possvel demonstrar que Campo o ncleo da Terra possui uma auto- Magntico (Gauss) indutncia L de aproximadamen1.7 te 1 Henry e que a resistncia do ncleo fantasticamente pequena (porque o ncleo terrestre possui 0.62 uma grande quantidade de ma1970 Tempo poca de Cristo teriais condutores). Assim, como se poderia esperar, a constante de Figura I.17 tempo de decaimento para o cam- A intensidade do campo magntico terrestre (nos plos) tem depo magntico terrestre muito ele- cado de um valor de 1,7 gauss na poca de Cristo para 0,62 gauss em 1970. vada. Essa constante de tempo foi calculada a partir dos dados experimentais (juntamente com o clculo da meia-vida) e convertendo-se o resultado de segundos para anos, foi encontrado o valor de 1.970 anos. Este valor significa que o campo magntico terrestre na dcada de 1970 A.D. foi apenas 37% do que era na poca do nascimento de Jesus Cristo (Figura I.17). K) Indcios para as propriedades do ncleo da Terra O trabalho de Lamb foi mais abrangente do que ficou implicado na seo anterior. Ele no estava lidando com a corrente numa espira nica, mas teve que considerar uma corrente desigualmente distribuda por um condutor esfrico. Esse um problema muito mais difcil de se equacionar do que o de uma corrente uniformemente distribuda, circulando em uma espira nica. Lamb conseguiu solucionar o problema empregando as quatro leis de Maxwell para o campo magntico. Estas leis formam o famoso conjunto de equaes descoberto por James Clerk Maxwell, que lhe permitiu unificar todos os fundamentos da eletricidade, do magnetismo e da ptica - a maior realizao individual na histria da cincia. Com esta forte abordagem matemtica, Lamb solucionou muitos aspectos do problema associados com o campo magntico terrestre e a corrente que o produz. Ele obteve as equaes gerais, mas nunca as aplicou para obter solues de casos especficos porque no possua os dados experimentais necessrios. Uma vez que um vasto banco de dados est hoje disponvel, muito pode ser aprendido sobre o ncleo terrestre ao se aplicarem essas equaes gerais. forma: Uma das equaes mais utilizadas por Lamb pode ser escrita da seguinte T = (4.10-7 r2) / onde T a constante de tempo, r o raio do ncleo da Terra, e a condutividade eltrica do ncleo da Terra (veja Seo IV D). Conhecendo-se o valor de T em 31

Thomas G. Barnes

segundos e tomando-se o valor do raio do ncleo da Terra igual a 3,473.106 metros, a condutividade calculada como 4,04.104 mho/metro. O conhecimento desta propriedade eltrica do material do ncleo da Terra muito importante. Ningum sabe realmente quais seriam as propriedades do Ferro ou de outro material quando submetidos a extremas temperaturas e presses que provavelmente existem no ncleo da Terra. Porm, este valor calculado para a condutividade do ncleo da Terra razovel para o Ferro nessas condies (Figura I.18). A condutividade do Ferro a 400C 2,3.105 mho/metro. de se Figura I.18 esperar que a condutividade do Ferro dimiO valor da condutividade obtida dos dados do decaimento sugere que o ncleo da Terra possa ser nua com a temperatura e que o valor 4,04.104 constitudo de Ferro em fuso. mho/metro (uma ordem de grandeza menor) corresponda s condies do ncleo. Sendo assim, no irrazovel considerar o Ferro como um possvel componente em maior quantidade no ncleo. interessante notar que a condutividade da gua do mar 5 mho/metro, apenas aproximadamente um dcimo milsimo da condutividade de um condutor to bom quanto o ncleo da Terra. A gua do mar no poderia manter as correntes eltricas que geram o campo magntico terrestre, pois possui elevada resistncia. O campo magntico teria desaparecido h muito tempo se o ncleo da Terra fosse constitudo de gua do mar. L) Valor atual da corrente eltrica no ncleo da Terra O autor tambm utilizou as equaes de Maxwell e derivou solues similares s de Lamb, mas com unidades, terminologias e mtodos matemticos atualizados (veja o Captulo IV-E). Esta nova derivao permite obter uma soluo para a corrente total no ncleo da Terra, em funo da intensidade do campo magntico concomitante nos plos. Utilizando-se valores atuais do campo magntico nos plos, isto , 0,62 gauss, chega-se a 6,16.109 ampres para o valor atual da corrente eltrica no ncleo da Terra. Ento, uma corrente pouco maior do que 6 bilhes de ampres no ncleo da Terra est gerando o campo magntico terrestre neste exato momento. Essa corrente eltrica no est uniformemente distribuda no ncleo terrestre. A distribuio da densidade da corrente eltrica em funo da distncia ao centro do ncleo 32


Densidade de corrente x 10-4 amp/m2

7 5 5 4 5 2 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

A corrente eltrica total no ncleo da Terra 6,18 bilhes de ampres. A distribuio da densidade de corrente no ncleo da Terra em funo da distncia ao centro mostra uma densidade de corrente mxima distncia de cerca de 2/3 do raio do ncleo.

Figura I.19

Distncia radial em % do raio do ncleo

mostra que essa densidade de corrente atinge o valor mximo a cerca de dois teros do raio do ncleo, como mostrado na Figura I.19 (veja o Captulo IV-D).

M) Aquecimento eltrico no ncleo da Terra Sempre que uma corrente eltrica circula num condutor, gerado calor (efeito Joule). Este calor corresponde dissipao da energia. A equao da dissipao de potncia P em funo do aquecimento eltrico P = I2 R, onde I o valor da corrente eltrica e R a resistncia do condutor. A soluo para a dissipao de energia no ncleo da Terra foi obtida ao se integrar uma equao similar anterior ao longo de todo o ncleo. O valor calculado para a potncia trmica atualmente gerada no ncleo da Terra P = 8,13.108 watts. que significa 813 megawatts de potncia, quantidade considervel de calor que, expressa em unidades de calor, 1,94.108 calorias/segundo. Os 813 megawatts de potncia perdida em forma de calor representam a taxa atual de perda da energia armazenada no campo magntico terrestre. Essa , claro, a razo pela qual o campo magntico terrestre est decaindo, pois a sua mola magntica est perdendo a fora.

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Thomas G. Barnes

N) Data da exausto do campo magntico terrestre Sabendo-se que o campo magntico terrestre est decaindo e que sua meiavida de 1.400 anos, algum pode perguntar: Quando o campo magntico vai se exaurir por completo? Esta questo um pouco difcil de responder porque o decaimento exponencial. Se o decaimento fosse linear (um decaimento em linha reta), a resposta seria fcil de ser obtida. Uma publicao do Governo dos EUA de 1965 estabelece a premissa de que o decaimento linear e fixa a data para o ano de 3.991 A.D., como observado na seguinte citao: Desde a poca das medidas de Gauss, o momento do dipolo terrestre tem decado, sensivelmente linearmente, numa taxa aproximada de 5% a cada cem anos. Se essas taxas se mantiverem, as anlises revelam que o momento do dipolo desaparecer em 3.991 A.D. 11 Teoricamente, um decaimento exponencial nunca chegaria ao valor zero porque ele sempre teria a metade da intensidade que tinha 1.400 anos antes. Porm, na prtica, um decaimento exponencial considerado ter atingido o ponto de desaparecimento quando ele cai abaixo do nvel de rudo. Chuvas magnticas, que ocorrem 30 horas aps as exploses solares, podem repentinamente fazer o campo magntico terrestre variar cerca de 1%.12 Assim, pode-se assumir arbitrariamente que o nvel de rudo (e o ponto de desaparecimento) seja igual a um centsimo do valor atual do campo magntico terrestre. Ento, podese usar o valor de 1.400 anos da meia-vida do decaimento exponencial para calcular que o campo magntico terrestre a partir de 1973 desapareceria aproximadamente entre os anos 11.000 e 9.000 A.D. Porm, sua efetividade como blindagem magntica para a proteo ambiental teria desaparecido antes disso.Campo Magntico 0,62 Gauss

A Figura I.20 mostra a diferena entre uma taxa de decaimento exponencial, que leva data de exausto do campo magntico terrestre no ano de 11.000 A.D., e uma taxa de decaimento linear que leva data de 3.991 A.D. Como todos decaimentos naturais so exponenciais, deveria ser excludo o decaimento linear. Alm disso, os dados, quando analisados pelo mtodo dos mnimos quadrados, mostram menos variabilidade para o

1970 A.D. 3991 A.D.

Comparao entre as taxas de decaimento exponencial e linear.

to imen Deca ial nenc Expoear to Lin imen Deca

11,000 A.D.

Figura I.20

34


decaimento exponencial do que para o linear. Assim, conclui-se que o decaimento do campo magntico terrestre deve ser exponencial, e que a data de seu desaparecimento ser mais prxima do ano 11.000 A.D. do que do ano 3.991 A.D. O) Consequncias do decaimento do campo magntico Uma das consequncias do decaimento do campo magntico terrestre o aumento da quantidade de radiao que passa a atingir o planeta. Mais vento solar e raios csmicos atingem a Terra, e este aumento da radiao prejudicial e causa mutaes danosas. Alm do mais, o aumento da radiao csmica que atinge a atmosfera aumenta tambm a taxa de produo do Carbono-14. De fato, os raios csmicos produzem nutrons na atmosfera, que por sua vez colidem com o Nitrognio e produzem o Carbono-14.13 Ento, a taxa de produo do Carbono-14 maior hoje do que no passado. O mtodo de datao por Carbono-14 tem se baseado na premissa de que a sua taxa de produo constante, mas sabe-se que ela no . O fato de que a taxa de produo era Figura I.21 menor no passado do que hoje, altera O decaimento da fora da blindagem magntica terrestre altera as datas determinadas previamente pelo mtodo as datas previamente computadas pelo Carbono 14. ( mede o defasamento na datao com C-14) mtodo do Carbono-14, corrigindo-as para uma idade mais recente (Figura I.21; veja tambm o Captulo II-F). Esta correo deve ser progressivamente maior para as datas mais antigas, em funo do carter exponencial do decaimento. Isso significa que as datas mais antigas definidas pelo mtodo do Carbono-14 no so realmente to antigas e devem ser corrigidas para datas mais recentes. P) Valor inicial do campo magntico terrestre Se o valor inicial do campo magntico terrestre fosse conhecido, poder-se-ia estabelecer uma data para a origem do campo magntico. Isso poderia ser feito ao se extrapolar retroativamente a curva do decaimento exponencial. Entretanto, no se sabe qual esse valor inicial. A Tabela I.2 fornece os valores para o campo magntico terrestre calculado retroativamente no tempo. Esses valores hipotticos teriam existido em cada uma 35

Thomas G. Barnes

das datas consideradas, se a taxa de decaimento atualmente observada (1.400 anos de meia-vida) permanecesse uniforme ao longo de todo o perodo. A Tabela I.2 tambm apresenta, como comparao, as intensidades de campos magnticos de corpos astronmicos. Esses valores de campos astronmicos foram coletados de uma publicao de 1971 14 e presumivelmente so valores representativos. O campo magntico para uma estrela magntica (com sua fonte termonuclear) aproximadamente 100 gauss. No se pode esperar que um planeta possa ter um campo magntico to grande quanto o de uma estrela magntica. Ento, no razovel pensar que o campo magntico terrestre tenha sido to alto, o que estabelece um provvel limite superior para o valor inicial do campo magntico terrestre, de menos de 100 gauss. TABELA I.2 Valor do campo magntico terrestre medido nos plos, em datas distintas (Comparao com a intensidade de campos magnticos de alguns corpos astronmicos)Data 1970 A.D. 1000 A.D. 1 A.D. 1000 a.C. 2000 a.C. 3000 a.C. 4000 a.C. 5000 a.C. 6000 a.C. 8000 a.C. 10.000 a.C. 20.000 a.C. 30.000 a.C. 40.000 a.C. 50.000 a.C. 100.000 a.C. 200.000 a.C. 1.000.000 a.C. Campo Magntico (gauss) 0.62 1 1,7 2,8 4,7 7,4 12 20 35 98 240 36.000 5,4 x 106 8,0 x 103 1,2 x 1011 8,0 x 1021 4,0 x 1043 6 x 10219 Campo Magntico Astronmico (gauss)

1 - 2 - Campo Solar Geral

100 - Estrela Magntica 300 - Manchas Solares 105 - An branca

1010 - 1012 - Pulsar

Q) Origem do campo magntico terrestre Adotando-se a premissa razovel de que este planeta nunca teve um campo magntico com intensidade to alta quanto a do campo de uma estrela magntica, pode-se concluir, da Tabela I.2, que a origem do campo magntico terrestre deve ser mais recente do que 8.000 a.C. Ou seja, a origem do campo magntico terrestre 36


no ultrapassa 10.000 anos. Quanto tempo menos do que 10.000 anos no pode ser determinado a partir do conhecimento cientfico atual. Se for assumido que o valor inicial da intensidade do campo magntico terrestre foi aproximadamente uma ordem de grandeza menor do que a do campo de uma estrela magntica, sua origem seria aproximadamente de 6.000 ou 7.000 anos atrs. Esse valor ilustrativo foi usado, claro, porque consistente com a data da Criao que pode ser calculada pela cronologia bblica. Isso mostra, realmente, que a plausibilidade cientfica de uma data para o campo magntico terrestre est dentro do limite de tempo biblicamente determinado para a existncia da Terra. A nica alternativa para uma idade recente do campo magntico terrestre a negao da existncia do decaimento desse campo, o que no seria uma afirmao consistente para um cientista, em face do forte embasamento terico da Fsica sobre o qual a tese de Sir Horace Lamb est baseada, bem como dos 130 anos de dados globais coletados em tempo real, para substanci-la. R) Fraquezas na Tradicional Hiptese das Reverses Os dados reais que cobrem todas as observaes globais da intensidade do campo magntico terrestre, tratados com as avanadas tcnicas matemticas e registrados em publicaes governamentais, fornecem ampla evidncia do decaimento do campo magntico terrestre e a consequente concluso de que o campo magntico terrestre recente. Porm, o tradicionalista ignora esses dados e os substitui pela Hiptese das Reverses do campo magntico, a fim de defender sua cronologia das idades geolgicas. Nessa hiptese das reverses, seus adeptos supem que o campo magntico terrestre sofreu vrias reverses, em vrios momentos, em um passado remoto, por razes desconhecidas. Eles no utilizam os dados reais do campo magntico terrestre, mas lem a magnetizao remanescente localizada nas rochas, tentando defender sua tese com base na orientao dessa magnetizao nas rochas. Entretanto, essa hiptese das reverses enfrenta dificuldades porque os dados de magnetizao nas rochas no apresentam nenhuma evidncia conclusiva a favor das reverses do campo magntico terrestre (veja Seo III-F, G e H). J. A. Jacobs, que a favor da cronologia evolucionista e da hiptese das reverses, reconhece a grande fragilidade da interpretao dos complexos dados magnticos encontrados nas rochas. No seu livro informativo, "O ncleo da Terra e Geomagnetismo", Jacobs fornece numerosas ilustraes de inconsistncias dos dados encontrados nas rochas. 15 Para superar essas inconsistncias, devem ser considerados pelo menos quatro processos fsicoqumicos que podem causar auto-reverses da magnetizao das rochas, processos esses no relacionados com o campo magntico terrestre. Esses processos devem ser 37

Thomas G. Barnes

considerados pelos tradicionalistas para fazer com que os dados no-conformes se ajustem hiptese das reverses. Jacobs alerta: Esses resultados mostram que preciso cuidado quanto interpretao de todas as reverses como consequncias da reverso do campo magntico, pois em alguns casos, pode ser extremamente difcil decidir quais as rochas em que se verificam reverses. Para comprovar que uma amostra de rocha em que se verificam reverses sofreu magnetizao devido a uma reverso do campo magntico terrestre, necessrio mostrar que ela no pode ter sofrido reverso por processos fsico-qumicos. E isso uma tarefa virtualmente impossvel. 16 Portanto, pode-se perceber que a prpria literatura tcnica esclarece o fato de que a hiptese das reverses est plena de dificuldades. uma hiptese frgil, sem qualquer dado real que a apie e sem dados histricos a partir dos quais o momento magntico terrestre (intensidade total do magneto) possa ser calculado. Todos os dados reais e clculos do momento magntico terrestre apiam a tese do decaimento, que leva a uma idade recente, sugerida na seo anterior. S) Origem da Terra A origem do campo magntico terrestre est, sem dvida, relacionada origem da Terra. No h razo alguma para se acreditar que foi dada corda ao campo magntico em alguma era geolgica aps a origem da Terra. Se algum supuser uma origem to recente como 5.000 a.C, o momento magntico teria um valor de pelo menos 2,6.1024 ampre-metro2. Atualmente, nenhum planeta possui um campo magntico de tamanha intensidade. Parece ento que nada, seno uma origem recente para a Terra, poderia ser compatvel com um campo magntico to intenso neste planeta. Ento, a concluso a que se chega de que o campo magntico terrestre foi criado no incio, no mesmo momento da criao da Terra, e tem decado desde ento. A avaliao dos dados obtidos em tempo real e a associao da origem do campo magntico com a origem da Terra, defendem a plausibilidade cientfica de uma idade da Terra consistente com a idade obtida a partir da cronologia bblica. T) REFERNCIAS 1. Jacobs, J. A. 1967. "The Earth's Magnetic Field" (O campo magntico terrestre), Mining Geophysics, Society of Exploration Geophysicists, Tulsa, 2:247. 2. Rossi, Bruno e Stanislaw Olbert. 1970. "Introduction to the Physics of Space" (Introduo Fsica do Espao) Mc-Graw-Hill Book Co. pp. 369-370. 3. Jacobs, J. A., op. cit. pp. 430-432. 38


4. Cowling, T. G. 1934. "Monthly Not. Roy. Astron. Soc.", 94:39. 5. Lamb, Horace. 1883. "On Electrical Motions in a Spherical Conductor" ("Sobre movimentos eltricos em um condutor esfrico"), Philosophical Transactions (Londres), 174, pp. 519-549. 6. Lamb, Horace. 1883-1884. "On the Induction of Electric Currents in Cylindrical and Spherical Conductors" ("Sobre indues de correntes eltricas em condutores cilndricos e esfricos"), Mahematical Society (Proceedings), Londres, 15, pp. 139-149. 7. Jacobs, J. A., op.cit. pp. 6-15. 8. McDonald, Keith L. e Robert H. Gunst. Julho, 1967. "An Analysis of the Earth's Magnetic Field from 1835 to 1965" (Uma anlise do campo magntico terrestre de 1835 a 1965), Relatrio Tcnico da ESSA. IER 46-IES 1. U. S. Government Printing Office, Washington DC, p.15. 9. Chapman, Sidney. 1951. "The Earth's Magnetism" (O Magnetismo Terrestre). Methuen e Co., Ltd., Londres; John Wiley e Sons, Inc. , Nova Iorque, p. 23. 10. Barnes, T. G. 1965. "Foundations of Electricity and Magnetism" (Fundamentos de Eletricidade e Magnetismo). D. C. Heath e Co., Boston, pp. 215-216. 11. McDonald, 1967. op. cit. p. 1. 12. Grant, F. S. e G. F. West, "Interpretation Theory in Applied Geophysics" (Teoria da Interpretao em Geofsica Aplicada), McGraw Hill. 1965. p. 206. 13. Libby, Willard F. 1955. "Radiocarbon Dating" (Datao por Radiocarbono), segunda edio, Chicago University Press, pp. 1-4. 14. Parker, E. N. 1971. "Universal Magnetic Fields" (Campos Magnticos Universais), American Scientist 59(5):578. 15. Jacobs, J. A. 1963. "The Earth's Core and Geomagnetism" (O Ncleo Terrestre e Geomagnetismo), McMillan Co., Nova Iorque, p. 106. 16. Ibid.

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GAUSSJohann Friedrich Carl Gauss (* 30/04/1777, 23/02/1855) foi um dos maiores matemticos que o mundo conheceu. Suas atividades se estenderam no s Matemtica Pura, como tambm s suas aplicaes Astronomia, Geodesia e Fsica. Nascido em Brunswick, aos vinte-edois anos doutorou-se na Universidade em Helmstedt com a tese em que desenvolveu o conceito de nmeros complexos e demonstrou o Teorema Fundamental da lgebra. Dois anos depois, publicou sua Teoria dos Nmeros, uma das mais brilhantes conquistas na histria da Matemtica Em 1807 tornou-se professor de Astronomia e diretor do Observatrio da Universidade de Gttingen, cidade em que residiu pelo resto de sua vida. Gauss introduziu um novo mtodo para o clculo das rbitas dos asterides e o mtodo dos mnimos quadrados. Efetuou tambm estudos tericos sobre o tamanho e a forma da Terra, e introduziu a curva de distribuio em forma de sino que leva o seu nome. Foi pioneiro na aplicao da Matemtica gravitao, eletricidade e ao magnetismo. E desenvolveu a Teoria Potencial e a Anlise Real. (ENCYCLOPAEDIA BRITANNICA, Gauss, Johann Friedrich Carl). Micropaedia, verbete

CAPTULO II DECAIMENTO DO MOMENTO MAGNTICO TERRESTRE E AS IMPLICAES GEOCRONOLGICASA) Momento Magntico: Fonte do Campo Magntico Terrestre Principal O campo magntico principal da Terra tem-se mostrado como um dipolo magntico 1. A intensidade do dipolo magntico chamada de momento magntico. O momento magntico gerado por correntes circulantes. No caso da Terra, essas correntes provavelmente residem no ncleo terrestre, que constitudo por metal lquido, talvez Ferro. Essas correntes so extremamente altas. No existe nenhum mecanismo conhecido para manter essas correntes 2. Ento, como seria de esperar, o momento magntico da Terra est decaindo. Esta seo tecer consideraes sobre o decaimento do momento magntico terrestre observado experimentalmente. Essa uma taxa de decaimento surpreendentemente elevada para um fenmeno de to larga escala. O dipolo magntico terrestre (Figura II.1) passa a cerca de 300 quilmetros de distncia do centro da Terra, com o eixo magntico fazendo um ngulo de aproximadamente 11,5 com o eixo de rotao da Terra 3. O momento M do dipolo magntico aponta para direo sul, produzindo um campo magntico que aponta para fora no plo sul magntico e para dentro no plo norte magntico.EIXO DE ROTAO DA TERRA EIXO MAGNTICO PLO SUL MAGNTICO PLO NORTE GEOGRFICO

S NPLO SUL GEOGRFICO PLO NORTE MAGNTICO

O momento M do dipolo magntico terrestre

Figura II.1

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Thomas G. Barnes

Norte Eixo de Rotao Polo Norte Geogrfico Polo Sul Magntico

M

Ncleo

Momento Dipolar

M Polo Norte Magntico

r

B

Polo Sul Geogrfico Eixo Magntico Eixo Magntico Br

Os componentes do campo gerado pelo momento magntico

Figura II.2

O campo gerado por este momento magntico simtrico em relao ao seu eixo e pode ser representado por dois componentes ortogonais, B e Br, como mostrado na Figura II.2. Esses componentes podem ser derivados do momento magntico, M, pelas expresses: B = (M sen )/ 4r3 Br = (M cos )/ 2r3 (1) (2)

onde a permeabilidade, uma propriedade magntica do meio. O valor de usualmente tomado como sendo igual a 4.10-7, seu valor no espao livre, a menos que o meio contenha uma quantidade razovel de material magntico. A fim de se utilizarem unidades coerentes, adota-se o Sistema Internacional de Unidades. Nesse sistema, a unidade de B o tesla (igual a 104 gauss, a unidade mais frequentemente encontrada na literatura) e a unidade de M o a.m2 (que nos relembra que M medido em ampres da corrente que circula por m2 de rea). O valor equatorial B o, em qualquer ponto no equador magntico, reduz-se ao componente B e pode ser escrito como: B0 = M / 4r3 pois sen 90 = 1. 42 (3)


Como o raio da Terra r = 6,371.106 m e = 4.10-7, o valor equatorial de B0 na superfcie : B0 = 3,687.10-28 M. (4) Este exemplo ilustra como as expresses (1) e (2) possibilitam o clculo do campo magntico terrestre principal em qualquer ponto de coordenadas (r,) sobre a superfcie da Terra, ou acima dela, quando o momento do dipolo magntico for conhecido. B) Valores histricos do momento magntico terrestre indicam o decaimento O estudo do magnetismo terrestre levou Gauss a desenvolver um magnetmetro para fazer medidas absolutas de B, e a desenvolver um mtodo matemtico (Teoria dos Potenciais Harmnicos Esfricos) para analisar os levantamentos magnticos da Terra 5. Gauss conseguiu ento determinar o momento do dipolo magntico da Terra. Sua determinao para o ano de 1835 foi M = 8,558.1022 a.m2. Esse valor de M e a data de 1835 so considerados referncias-chave histricas, a partir das quais o decaimento do momento magntico terrestre passou a ser medido. A Tabela II.1 contm os valores do momento do dipolo magntico terrestre, o valor B0 do campo equatorial, o ano e o nome dos cientistas que efetuaram a medida. A fonte dos valores do momento magntico uma publicao do Departamento de Comrcio dos EUA, ESSA, feita pelo Institute for Earth Sciences, em Boulder, no Colorado. Os valores do momento magntico M nesta tabela originalmente estavam dados em unidades CGS e foram convertidos para o Sistema Internacional pelo fator de converso: 1 unidade de MSI = 103 unidades Mcgs. Os valores do campo equatorial foram computados por meio da expresso (4). Esses valores calculados para B0 concordam com os valores que esto apresentados numa tabela anterior de Sidney Chapman 7 aps a aplicao do fator de converso entre unidades SI e CGS: 1 tesla = 104 gauss. Fica claro, a partir da Tabela II.1, que o momento magntico e o campo terrestre principal tm decado relativamente rapidamente desde 1835. Sidney Chapman afirma em sua monografia, "O Magnetismo da Terra" 8, na qual ele compilou os dados at 1945: Esses resultados certamente sugerem um decrscimo de poucos por cento em Ho e no momento magntico terrestre durante o ltimo sculo. Quando se considera a larga escala do fenmeno, isto deve parecer uma notvel grande e rpida mudana secular, sem nenhum paralelo em outra qualquer propriedade geofsica global. 43

Thomas G. Barnes

(Nota: Chapman utilizou o smbolo H0 no lugar do smbolo B0 usado neste trabalho, mas se refere ao mesmo campo magntico.) Confirmao adicional da alta taxa de decaimento do momento magntico terrestre pode ser vista na seguinte citao da publicao da ESSA anteriormente citada 9: Desde a poca das medidas efetuadas por Gauss, o momento do dipolo magntico terrestre vem decaindo de forma linear sensivelmente, numa taxa aproximada de 5% a cada 100 anos. Assumindo que esta taxa persista, a anlise revela que o momento do dipolo desaparecer no ano de 3.991 A.D. TABELA II.1 O Momento Magntico M e o Campo Magntico Equatorial B0 do Dipolo, de 1835 a 1965 (Raio da Terra r = 6,371.106 metros)

Cientista Gauss Adams Adams Neumayer Fritsche Schimdt Vestine et al. Vestine et al. Dyson Furner Vestine et al. Vestine et al. Jones Melotte Vestine et al. Afanasieva U.S.C. & G.S. Fanselau-Kautzleben U.S.C. & G.S Finch-Leaton Nagata-Oguti Cain, et al. Fougere Adam, et al. Jensen-Cain Leaton, et al. Hurwitz, et al.

Ano 1835 1845 1880 1880 1885 1885 1905 1915 1922 1925 1935 1942.5 1945 1945 1945 1945 1955 1955 1958.5 1959 1960 1960 1960 1965 196544

M a.m2 . 1022 8,558 8,488 8,363 8,336 8,347 8,375 8,291 8,225 8,165 8,149 8,088 8,009 8,065 8,010 8,066 8,090 8,035 8,067 8,038 8,086 8,053 8,037 8,025 8,013 8,017

Bo tesla . 10-5 3,309 3,282 3,234 3,224 3,228 3,239 3,206 3,181 3,157 3,151 3,128 3,097 3,119 3,097 3,119 3,128 3,107 3,120 3,108 3,127 3,114 3,108 3,103 3,099 3,100


C) Decaimento exponencial do momento magntico terrestre Poder-se-ia esperar que o momento magntico terrestre decasse exponencialmente, porque ele gerado por correntes eltricas reais que dissipam energia por meio do efeito Joule. O momento magntico terrestre no produzido por correntes amperianas (correntes que no apresentam dissipao), tais como as que existem na magnetizao permanente dos materiais. Materiais permanentemente magnetizados vm sendo rejeitados como a fonte do momento magntico por duas razes: 1) isso exigiria maior intensidade de magnetizao do que tem sido observada na crosta da Terra, e 2) no existe magnetizao no material do ncleo porque a alta temperatura a eliminaria. A temperatura da Terra aumenta com a profundidade, de maneira a exceder o Ponto Curie. Por exemplo, a 25 quilmetros, a temperatura alcana o Ponto Curie do Ferro, 750C, como relatado por Jacobs 10. O momento magntico terrestre sendo gerado pelo sistema de circulao de correntes eltricas reais, sem dvida estar associado a uma indutncia L devida circulao das correntes e a uma resistncia R devida aos condutores imperfeitos. Uma vez que parece no haver um dnamo ou outra fonte de energia na Terra que possa gerar essas correntes, a corrente que de fato existe no ncleo deve estar decaindo exponencialmente. Isso significa que o momento magntico tambm decair exponencialmente. O tempo para decair para e-1 do seu valor inicial ser igual relao entre a indutncia L e a resistncia R. O problema na realidade mais complicado porque a indutncia e a resistncia esto distribudas, e no concentradas como na teoria dos circuitos, mas a fsica fundamental do processo de decaimento tem a mesma natureza exponencial. Certamente, a energia magntica original contida no campo indutivo da Terra devia ser extremamente grande, para poder estar decaindo desde o incio e ainda restar to grande quantidade de energia armazenada. Porm, no h como imaginar que ela pudesse ter continuado a decair continuamente, exponencialmente como agora, por bilhes de anos. Os evolucionistas nunca aceitaro um processo de decaimento exponencial contnuo, por causa das consequncias que podero advir s suas idias pr-concebidas de bilhes de anos de idade para a Terra. Porm, devero ainda propor alguma explicao alternativa aceitvel para o campo magntico terrestre e seu decaimento. Note-se como o excelente trabalho de Horace Lamb foi rejeitado tacitamente em uma pesquisa recente sobre o campo magntico terrestre 11: H. Lamb mostrou, em 1883, que correntes eltricas geradas dentro de uma esfera de raio a, condutividade eltrica , e permeabi45

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lidade , e deixadas a decair livremente, seriam reduzidas pela dissipao eltrica devido ao efeito Joule para e-1 da sua intensidade original num perodo no mais longo do que 4a2/ . Este perodo da ordem de 105 anos, enquanto que a idade da Terra maior do que 4.109 anos. Nenhuma outra razo fornecida para se excluir a teoria. Nota-se, porm, a futilidade de todas as outras tentativas para explicar o campo magntico terrestre principal, como expresso nesse mesmo artigo: Existe muita especulao sobre a origem do campo magntico terrestre principal, e nenhuma explicao completamente satisfatria foi ainda fornecida. ... Parece que premissas extremas so necessrias para tornar satisfatria qualquer teoria: ou uma geometria extrema, ou valores extremos e pouco plausveis para as propriedades fsicas do material existente no ncleo e no manto inferior da Terra. O ponto de vista do autor que a soluo de Lamb para o campo magntico terrestre principal razovel como primeira aproximao e que as correntes eltricas em decaimento livre so a fonte do campo magntico terrestre principal. Isso faz sentido porque os dados dos ltimos 130 anos indicam que o campo magntico terrestre principal est decaindo a uma taxa que pelo menos to grande ou maior do que seria predito pela Teoria de Lamb, embora essa taxa dependa da escolha feita para o valor da condutividade no ncleo da Terra, valor esse no to fcil de ser determinado. D) 1.400 anos de meia-vida para o momento magntico terrestre Quando valores do momento magntico M, na Tabela II.1, so postos em funo do tempo t, em um grfico semi-logartmico, os pontos se ordenam em aproximadamente uma linha reta como se poderia esperar para um decaimento exponencial do momento magntico terrestre. Isso acontece tambm para o mesmo tipo de grfico de B0 em funo de t. Ento, assume-se que o decaimento seja exponencial e escreve-se: M = M0 e t/T (5) onde M0 o momento magntico em um dado instante, e M o momento magntico t anos aps. A constante de tempo T o tempo necessrio para o momento decair para e-1 do seu valor de referncia M0. Rearranjando a expresso (5) e tomando-se o logaritmo neperiano, obtmse o seguinte:

46


n (M /M) = t/T0

(6)

Introduzindo nessa expresso os valores de M0 em 1835, M em 1965 e considerando que t = 130 anos (o intervalo de tempo entre essas duas datas), tem-se:

n (8,558 / 8,017) = 130/T

(7)

do que resulta a constante de tempo T = 2.000 anos, isto , o tempo para o momento magntico terrestre (ou para o seu principal campo magntico) decair para e-1 do seu valor de referncia. Para se calcular a meia-vida, introduz-se na expresso (6) a relao M0/M = 2 e o valor de T = 2.000 anos:

n (2) = t/2000

(8)

do que resulta o valor arredondado de t = 1.400 anos para a meia-vida do momento magntico terrestre. Isso significa que no ano de 3.373 A.D. (1400 + 1973 = 3.373) o momento magntico terrestre cair para a metade do seu valor atual, e haver muito menos proteo contra as radiaes csmicas. Retrocedendo no tempo, e supondo essa mesma funo exponencial, o momento magntico terrestre vai sendo duplicado a cada 1.400 anos at o instante da sua origem. A Tabela II.2 fornece o valor equatorial do campo do dipolo magntico (campo principal) na superfcie da Terra, em funo do tempo. Esses valores do campo so calculados com base na meia-vida de 1.400 anos ou equivalentemente com a constante de tempo de 2.000 anos, e com o valor de referncia de M0 = 3,1.10-5 tesla (0,31 gauss) em 1965. O tempo t, conta os anos retrocedendo a partir de 1965. A expresso exponencial : B = 3,1.10-5 e t/2000 (9) e, por convenincia de clculo, sendo a base dos logaritmos neperianos expressa na base 10 fazendo-se o uso da relao e = 100,43429 a expresso se coloca na forma seguinte: B = 3,1.10-5 .10 0,0002171t (10) A Tabela II.2 chegou at o limite de um milho de anos para mostrar o absurdo deste valor para a idade da Terra, quando o campo magntico terrestre no passado considerado historicamente associado aos processos atuais. O valor de 3.10215 certamente inaceitvel. Isso significa que a Terra no chega a ter nem 1 milho de anos de idade, se seu campo magntico foi originado na poca da sua origem e em seguida submetido ao tipo atual de processo de decaimento. 47

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TABELA II.2 Valor do campo magntico na superfcie do equador magntico para vrias datas no passado, calculado a partir da taxa de decaimento atualmente observada, correspondente a 1.400 anos para a meia-vida.Data 1965 A.D. 1000 A.D. 1 A.D. 1000 a.C. 2000 a.C. 3000 a.C. 4000 a.C. 5000 a.C. 6000 a.C. 10.000 a.C. 20.000 a.C. 30.000 a.C. 40.000 a.C. 50.000 a.C. 100.000 a.C. 200.000 a.C. 1.000.000 a.C. Campo Magntico (tesla) 3,1 . 10-5 5,0 . 10-5 8,3 . 10-5 1,4 . 10-4 2,3 . 10-4 3,7 . 10-4 6,1 . 10-4 1,0 . 10-4 1,7 . 10-3 1,2 . 10-2 1,8 . 100 2,7 . 102 4,0 . 104 5,9 . 106 4,2 . 1017 2,0 . 1039 3,0 . 10215

No se pode datar a origem do campo magntico porque no se tem conhecimento do seu valor inicial. Porm, pode-se notar que este processo rpido de decaimento requer uma data muito recente. Por exemplo, o campo magntico na superfcie da Terra em 20.000 a.C, nominalmente 1,8 tesla (18.000 gauss) seria maior do que o campo entre as extremidades polares do mais forte magneto de radar atual. No muito plausvel que o ncleo da Terra convivesse com o efeito Joule que estaria associado com as correntes que provocariam esse campo to intenso. Mesmo hoje as correntes no ncleo da Terra podem exceder 1 bilho de ampres 12 mas, se o campo na superfcie da Terra fosse 1,8 tesla ao invs de seus 3,1 . 10-5 tesla, as correntes no ncleo da Terra seriam cerca de 50.000 vezes mais intensas do que atualmente. O efeito Joule na Terra proporcional ao quadrado da corrente eltrica, o que significa que o efeito Joule no ncleo da Terra seria 2,5 bilhes de vezes maior do que agora, resultando um aquecimento extraordinariamente grande. Conclui-se, por esses argumentos, que a origem do momento magntico terrestre muito posterior data de 20.000 anos atrs.

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E) Campos magnticos secundrios preciso lembrar que existem vrias anomalias no campo magntico terrestre que no esto associadas com a fonte do seu dipolo magntico. As anomalias so presumivelmente causadas por depsitos ferromagnticos, correntes telricas e outras causas mais ou menos localizadas. Algumas das anomalias podem alterar o campo terrestre ao longo de grandes regies da Terra. Algumas vezes a anomalia pode causar um campo magntico maior do que o campo do dipolo nessa regio. Porm, quando tomado o seu valor mdio ao longo de toda a Terra, o efeito dessas anomalias bem menor que o do campo do dipolo. Se no fosse assim, a bssola no seria classificada como tendo plos indicando o norte e o sul. Os ventos solares, partculas emitidas pelo Sol, so considerados como a fonte de oscilaes diurnas e de outras flutuaes do campo magntico terrestre. Mas esses campos secundrios tm intensidade usualmente muito menor do que a do campo do dipolo terrestre. O campo (magntico) principal da Terra o campo do dipolo produzido pelo momento magntico no ncleo terrestre. esse campo magntico terrestre principal, o campo do dipolo, que protege a Terra contra o vento solar. Ele tambm guia muito da radiao em direo s regies polares magnticas. esse efeito magntico polar que d origem s zonas de auroras. esse campo magntico principal que protege grande parte da Terra contra as radiaes csmicas. Considera-se, em seguida, a influncia de campos magnticos mais fortes, no passado, sobre estas radiaes. F) Efeito do intenso campo magntico, no passado, sobre o mtodo de datao com Rdio-Carbono Uma das consequncias do campo magntico mais intenso no passado seria uma melhor blindagem da Terra e de sua atmosfera contra os raios csmicos primrios, o que tambm reduziria a taxa de produo do Carbono-14 na atmosfera. Os raios csmicos primrios interagem com a atmosfera para produzir nutrons que por sua vez transmutam tomos de Nitrognio em Carbono-14. Sendo assim, com menor nmero de raios csmicos atingindo a atmosfera por segundo, no passado, existiria uma menor taxa de produo de Carbono-14. Uma taxa de produo de Carbono-14 na atmosfera, menor da que tem sido hoje admitida, reduziria a idade das datas definidas pelo mtodo de datao do Carbono-14. Os raios csmicos primrios consistem de ncleos atmicos com alta velocidade carregados positivamente. A Terra constantemente bombardeada em todas 49

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as direes por essas partculas carregadas. O campo magntico terrestre tende a desviar a trajetria dessas partculas para longe da Terra, como mostrado na Seo I, Fig. I.10. Esta fora magntica F uma funo do campo magntico B, da carga q, da velocidade da partcula v e do seno do ngulo entre as direes de v e B, ou seja: F = q v B sen (11) Note que a fora de blindagem maior quando o movimento da partcula se faz em ngulos retos relativamente direo do campo B, e decresce medida que este ngulo diminui. Ento, menos raios csmicos atingem a atmosfera da Terra em baixas latitudes do quem nas regies polares. A Figura II.3 mostra um grfico da intensidade dos nutrons dos raios csmicos em funo da latitude geomagntica a 30.000 ps (aproximadamente 10 km) como determinado por J. A. Simpson, Jr. 13 O campo magntico atual reduz a intensidade dos nutrons dos raios csmicos, na regio equatorial, em 22% do seu valor na latitude de 65. Existe, portanto, um limite para o percentual de reduo por um campo magntico mais forte. Entretanto, o campo magntico mais intenso no passado pode ter causado alguma reduo na taxa de produo de Carbono 14.1000 900 Intensidade de Nutrons (Contagem por por minuto em contador de nutrons) INTENSIDADE DE NUTRONS EM FUNO DA LATITUDE GEOMAGNTICA (A CERCA DE 10.000 METROS)

800 700

600

500

400

300 200

100

0 Sul / Norte

10

20 30 Latitude em Graus Geomagnticos

40

50

60

70

Variao da intensidade de nutrons dos raios csmicos em funo da latitude magntica a cerca de 10.000 metros de altitude. (Permisso dada para usar a Figura 2 do livro "Radiocarbon Dating", de Willard F. Libby, 2 edio, p. 13. Universidade de Chicago, 1955).

Figura II.3

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O processo total muito complexo e no ser analisado neste trabalho, porm pode-se fazer uma estimativa muito grosseira, com base na Figura II.3, que mostra que a intensidade global dos nutrons pode ter sido reduzida cerca de 10% por volta de 2.800 anos atrs, quando o campo era quatro vezes mais intenso. Isso afetaria os resultados experimentais obtidos com o mtodo de datao pelo Rdio-Carbono, reduzindo a idade da amostra ensaiada. Melvin Cook j havia ressaltado que existe atualmente uma condio de noequilbrio, que afeta os resultados experimentais obtidos com o mtodo de datao do Rdio-Carbono, que deveriam ser reduzidos para corresponderem melhor cronologia real. Esta reduo torna-se progressivamente maior medida em que so envolvidos maiores intervalos de tempo. A partir da sua anlise, ele conclui que: ... isso reduz a idade calculada por um fator dependente da idade da amostra, passando de aproximadamente 20% no perodo de 1.000 anos, a 30% em 4.000 anos, e finalmente encolhendo todas as idades mais antigas para 12.500 anos ou menos. 14 Quando so includos o efeito do campo magntico maior no passado e a consequente menor taxa de produo de Carbono-14, essas datas sero diminudas ainda mais. G) Concluso A busca por uma explicao fsica para o campo magntico terrestre principal e sua taxa de decaimento parece ter sido retardada pelo preconceito evolucionista a favor de datas muito mais antigas. A Fsica parece inevitavelmente apontar para uma idade muito menor do que as aceitas pelos evolucionistas. Acredita-se que o tratamento de Horace Lamb das correntes em decaimento livre em uma grande esfera condutora, tal como o ncleo de metal fundido da Terra, deveria ser reconsiderado como sendo a fonte do magnetismo terrestre. H) REFERNCIAS 1. Jacobs, J. A. 1967. "The Earth's Magnetic Field" (O campo magntico terrestre), Mining Geophysics, Society of Exploration Geophysicists, Tulsa, 2:426. 2. Jacobs, op.cit., pp. 429-432. 3. Jacobs, op. cit., p. 429. 4. Barnes, T. G. 1965. "Foundations of Electricity and Magnetism" (Fundamentos de Eletricidade e Magnetismo). D.C. Heath e Co., Boston, p. 277. 5. Runcorn, S. K. 1956. "The Magnetism of the Earth's Body" (O Magnetismo do Corpo Terrestre), Encyclopedia of Physics, Springer-Verlag, Berlim, p. 498. 6. McDonald, Keith L. e Robert H. Gunst. Julho, 1967. "An Analysis of the Earth's Magnetic Field from 1835 to 1965" (Uma anlise do campo magntico terrestre 51

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7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.

de 1835 a 1965), Relatrio Tcnico da ESSA. IER 46-IES 1. U. S. Government Printing Office, Washington DC, Tabela 3, p.15. Chapman, Sidney. 1951. "The Earth's Magnetism" (O Magnetismo Terrestre). Methuen e Co., Ltd., Londres; John Wiley e Sons, Inc. , Nova Iorque, p. 23. Ibid. McDonald, op. cit., p. 1. Jacobs, op. cit., p. 430. Ibid. Chapman, Sidney and J. Bartels. 1940. "Geomagnetism" ("Geomagnetismo"). Clarendon Press, Oxford, Vol. 2, p. 704. Libby, Willard F. 1955. "Radiocarbon Dating" (Datao por Radiocarbono), segunda edio, Chicago University Press, Fig. 2, p. 13. Cook, Melvin A. 1966. "Prehistory and Earth Models" ("Pr-histria e Modelos da Terra"). Max Parrish and Co., Ltd., Londres, p. 8.

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CAPTULO III IDADE RECENTE VERSUS IDADE GEOLGICA PARA O CAMPO MAGNTICO TERRESTREA) Taxa de decaimento atual do campo magntico O rpido decaimento do campo do dipolo magntico terrestre, como deduzido de medidas em tempo real, apresenta um problema formidvel para a geologia histrica convencional (veja Captulo II). As primeiras medidas absolutas foram feitas no incio dos anos 1830 e o decaimento da intensidade do campo magntico terrestre tem sido observado desde ento. De acordo com uma publicao governamental de 1967, o campo do dipolo magntico terrestre desaparecer por volta do ano de 3.991 A.D. se a taxa de decaimento atual continuar se mantendo constante 1. A intensidade do campo est decaindo a uma taxa de 32 gamma por ano nos plos magnticos, 16 gamma por ano no equador magntico e a taxas intermedirias em qualquer outro local entre o equador e os plos. Para impressionar algum com a magnitude dessa taxa de decaimento, deve-se notar que a variao de 1 gamma no campo magntico terrestre facilmente medida pelos magnetmetros utilizados atualmente. De fato, alguns desses instrumentos so capazes de medir diferenas nos campos magnticos de at um centsimo de 1 gamma. Conclui-se, ento, que a taxa de decaimento da intensidade do campo magntico terrestre muito alta para ser ignorada. B) Opinies conflitantes sobre a fonte do campo magntico razoavelmente bem entendido que o campo magntico terrestre existe em funo de correntes circulantes no material em fuso do ncleo da Terra (veja Seo II-C, pgina 34). Existe, entretanto, uma grande divergncia de opinio sobre qual a fonte destas correntes. Alguns acreditam que estas correntes se iniciaram por um evento do passado e vm decaindo livremente desde ento, o que evidenciado pela taxa de decaimento atual do campo magntico. Outros acreditam que a taxa de decaimento atual temporria e no indica seu comportamento anterior. Eles alegam que o campo magntico terrestre sofreu reverses em intervalos irregulares e que desapareceu somente temporariamente, de alguma forma sendo mantido o mesmo valor mdio da sua intensidade ao longo das eras geolgicas. A variao da direo das magnetizaes observadas em algumas rochas interpretada como evidncia a favor das reverses do campo magntico terrestre. 53

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C) A soluo de Lamb apoia a Teoria da Idade Recente Em 1883, Horace Lamb deduziu uma soluo para as equaes de Maxwell, mostrando que o campo magntico terrestre poderia ser gerado por correntes originadas h milhares de anos, e que esto decaindo desde ento. 2,3 Sua soluo mostra que esse decaimento exponencial. No existe nenhum problema com a base fsica da soluo de Lamb, o que gera uma explicao lgica para o campo magntico atual quando se supe que o campo magntico terrestre teve incio na poca usualmente aceita para a Criao. A oposio a esta explicao para o campo magntico terrestre vem dos evolucionistas, porque a soluo de Lamb pode ser usada para apoiar uma idade recente para o campo magntico terrestre. A soluo de Lamb, entretanto, tem a vantagem de ter predito o decaimento que hoje confirmado pelos 130 anos de medies em tempo real. A partir desses dados, pode-se mostrar que o campo magntico terrestre tem uma meia-vida de 1.400 anos (veja o tpico II-D, pgina 36). Este apoio observacional para a soluo de Lamb torna altamente implausvel que o campo magntico terrestre possa ser to antigo quanto os evolucionistas afirmam ser, e limita a sua idade a milhares e no a milhes ou bilhes de anos. D) A teoria de uma data muito antiga requer um dnamo Em funo da necessidade de justificar uma idade de bilhes de anos para o campo magntico terrestre, os evolucionistas supem que algum tipo de dnamo manteve a corrente circulando por bilhes de anos no ncleo terrestre. Foram feitas hipteses de dnamos de vrios tipos, mas nenhuma das teorias do dnamo conseguiu ficar isenta de objees. Um resumo abrangente dos problemas existentes nas hipteses desses dnamos encontrado em "Mining Geophysicis", Vol. II, 1967, publicado pela Society of Exploration Geophysicists 4. Uma coisa certa: qualquer teoria de d

origem e destino campo magnetico terrestre

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