Campu magnéticu terrestre

De Wikipedia
Saltar a navegación Saltar a la gueta
Simulación por ordenador de les llinies del campu terrestre nun periodu estándar ente inversiones[1] (azules cuando'l campu apunta escontra'l centru y marielles cuando apunta pa escontra fora); la exa de rotación de la tierra ta centráu y na vertical; la trupa agrupación de llinies correspuende al interior del nucleu terrestre.[2]

El campu magnético terrestre (tamién llamáu campu geomagnético), ye'l campu magnético que s'estiende dende'l nucleu internu de la Tierra hasta la llende nel que s'atopa col vientu solar; una corriente de partícules enerxétiques que emana del Sol. La so magnitú na superficie de la Tierra varia de 25 a 65 µT (microteslas) o (0,25-0,65 G). Puede considerase n'aproximamientu'l campu creáu por un dipolo magnéticu inclináu un ángulu de 15 graos con respectu a la exa de rotación (como un imán de barra). Sicasí, al contrariu que'l campu d'un imán, el campu de la Tierra camuda col tiempu porque se xenera pol movimientu d'aleaciones de fierro fundíu nel nucleu esternu del planeta tierra (la geodinamo). El polu norte magnéticu muévese, pero d'una manera abondo lenta como por que les brúxules sían útiles nel saléu. Al cabu de ciertos periodos de duración aleatoria (con un promediu de duración de dellos cientos de miles d'años), el campu magnético de la Tierra inviértese (el polu norte y sur geomagnético permutan la so posición). Estes inversiones dexen un rexistru nes roques que dexen a los paleomagnetistas calcular la deriva de continentes nel pasáu y los fondos oceánicos resultancia de la teutónica de plaques.

La rexón percima de la ionosfera —que s'estiende delles decenes de miles de kilómetros nel espaciu— ye llamada la magnetosfera. Esta nueva capa protexe a la Tierra de los rayos cósmicos que destruyiríen l'atmósfera esterna, incluyendo la capa d'ozonu que protexe a la Tierra de la dañible radiación ultravioleta.

Importancia[editar | editar la fonte]

La Tierra ta mayormente protexía del vientu solar, un fluxu de partícules enerxétiques cargaes que emana del Sol, pel so campu magnéticu, qu'esvia la mayor parte de les partícules cargaes. Estes partícules destruyiríen la capa d'ozonu, que protexe a la Tierra de dañibles rayos ultravioletes.[3] El cálculu de la perda de dióxidu de carbonu de l'atmósfera de Marte —que resultó na captura d'iones del vientu solar— ye consistente cola perda casi total de la so atmósfera consecuencia del apagáu del campu magnético del planeta.[4]

La polaridá del campu magnético de la Tierra rexistrar nes roques sedimentaries. Les inversiones son detectables como bandes centraes nes dorsales oceániques nes que'l llechu oceánicu espándese, ente que la estabilidá de los polos geomagnéticos ente los distintos sucesos d'inversión dexa a los paleomagnetistas siguir la deriva de continentes.[5] Les inversiones tamién constitúin la base de la magnetoestratigrafía, un métodu de datar roques y sedimentos.[6] El campu tamién magnetiza la corteza; pudiéndose usar les anomalíes pa detectar menas de minerales pervalibles.[7]

Los seres humanos usaron brúxules pa empobinase dende'l sieglu XI e.C. , y pal saléu dende'l sieglu XII.[8]

Principales carauterístiques[editar | editar la fonte]

Descripción[editar | editar la fonte]

Sistemes de coordenaes más usaos pa representar el campu magnético terrestre.

El campu magnético pue ser representáu en cualquier puntu por un vector tridimensional (ver figura). Una forma común de midir la so direición ye usar una brúxula pa determinar la direición del norte magnéticu. El so ángulu con respectu al norte xeográficu denominar declinación. Apuntando escontra'l norte magnéticu l'ángulu que'l campu caltién cola horizontal ye l'enclín. La intensidá (F) del campu ye proporcional a encomalo que s'exerz sobre l'imán. Tamién puede usase una representación con coordenaes XYZ nes que la X ye la direición de los paralelos (con sentíu este), la Y ye la direición meridiana (sentíu escontra'l polu norte xeográficu) y la Z ye la direición vertical (col sentíu escontra baxo apuntando al centru de la Tierra).[9]

Intensidá[editar | editar la fonte]

La intensidá de campu ye máxima cerca de los polos y mínima cerca del ecuador. Ye midida con cierta frecuencia en Gauss (una diezmilésima de Tesla), pero de normal represéntase usando los nanoteslas (nT), siendo 1 G = 100 000 nT. El nanotesla tamién ye llamáu un Gamma ).[10][11][12] El campu varia ente aproximao 25 000 y 65 000 nT (0,25-0,65 G). En comparanza l'imán d'una nevera tien un campu de 100 gauss.[13]

Intensidá del campu magnético de la Tierra tomáu a partir del Modelu Magnéticu Mundial (World Magnetic Model o WMM) pa 2010.

Los mapes de isolíneas d'intensidá son llamaos cartes isodinámicas. Na imaxe de la esquierda puede vese una carta isodinámica del campu magnético de la Tierra. El mínimu d'intensidá asocede sobre América del Sur, ente que'l máximu asocede sobre'l norte de Canadá, Siberia y la mariña de l'Antártida al sur del continente australianu.

Enclín[editar | editar la fonte]

Enclín del campu magnético de la Tierra a partir de datos del WMM pa 2010.

L'enclín vien dada pol ángulu pol que'l campu apunta escontra baxo con al respective de la horizontal. Puede tener valores ente -90º (escontra riba) y 90º (escontra baxo). Nel polu norte magnéticu apunta dafechu escontra baxo, y va progresivamente rotando escontra riba al menguar la llatitú hasta la horizontal (enclín 0º), que s'algamar nel ecuador magnéticu. Sigue rotando hasta algamar la vertical nel polu sur magnéticu. L'enclín puede ser midida con un círculu d'enclín.

Un mapa de isolíneas d'enclín de la Tierra amosar na figura de la derecha.

Declinación[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Declinación magnética

La declinación ye positiva pa una esviación del campu escontra l'este relativa al norte xeográficu. Puede envalorase al comparar la orientación d'una brúxula cola posición del polu celeste. Los mapes inclúin de normal información de la declinación como un pequeñu diagrama qu'amuesa la relación ente'l norte magnético y xeográfico. La información de la declinación pa una rexón puede ser representada per una carta isogónica (mapa de isolíneas que xunen puntos cola mesma declinación).

Declinación del campu magnético terrestre a partir del WMM de 2010. Les llinies isogónicas ufierten la declinación en graos.

Una carta isogónica del campu magnético terrestre amosar na imaxe de la esquierda.

Aproximamientu dipolar[editar | editar la fonte]

Cerca de la superficie de la Tierra, el campu magnético d'esta pue ser razonablemente averáu pol creáu por un dipolo magnéticu alcontráu nel centru de la Tierra ya inclináu con un ángulu de 11,5º con respectu a la exa de rotación del planeta. El dipolo ye aproximable a un imán de barra, col polu sur apuntando escontra'l polu norte geomagnético. Esto podría paecer sorprendente, pero'l polu norte d'un imán definir a partir de l'atraición escontra'l polu norte de la Tierra. Sobre la base de que'l polu norte d'un imán atrai al polu sur d'otros imanes y repele los polos nortes, ten de ser atraíu al polu sur del imán de la Tierra. Esti campu dipolar supón alredor d'un 80-90 % del campu total na mayor parte de les localizaciones.[9]

Polos magnéticos[editar | editar la fonte]

El movimientu del polu norte magnéticu de la Tierra a lo llargo del árticu canadiense.

La posición de los polos magnéticos puede definise a lo menos de dos maneres.[14] Un polu d'enclín magnéticu ye un puntu de la superficie terrestre nel qu'el so campu magnético ye totalmente vertical.[15]

L'enclín del campu de la Tierra ye de 90º nel polu norte magnéticu y -90º nel polu sur magnéticu. Los dos polos muévense independientemente del otru y nun tán asitiaos perfectamente enfrentaos en puntos opuestos del globu. El so desplazamientu puede ser rápidu: detectáronse movimientos del polu norte magnéticu percima de los 40 km per añu. A lo llargo de los postreros 180 años, el polu norte magnéticu tuvo migrando escontra'l noroeste, dende'l Cabu Adelaida na península Boothia en 1831 hasta la badea Resolute a 600 km de distancia en 2001.[16] L'ecuador magnéticu ye la curva de nivel cero (el campu magnético ye horizontal).

Si trázase una llinia paralela al momentu del dipolo que más s'avera al campu magnético terrestre los puntos d'intersección cola superficie terrestre son llamaos los polos geomagnéticos. Esto ye, el polu norte y sur geomagnéticos seríen equivalentes al polu norte y sur magnéticu si la Tierra fuera un dipolo perfectu. Sicasí, el campu de la Tierra presenta una contribución significativa de términos non dipolares, polo que los polos nun coinciden.

Magnetosfera[editar | editar la fonte]

{{ap|Magnetósfera de la Tierra Bona parte de les partícules cargaes provenientes del vientu solar son atrapaes nos petrines de Van Allen. Un pequeñu númberu de partícules del vientu solar consigue llegar, siguiendo una llinia del campu magnético hasta l'alta atmósfera y l'ionosfera nes zones aurorales. L'únicu momentu nel que'l vientu solar ye observable dende la Tierra ye cuando ye abondo fuerte como pa producir fenómenos como l'aurora y les nubes geomagnéticas. Les aurores de cierta magnitú tocantes a rellumu calecen notoriamente la ionosfera, causando que la so plasma espandir escontra la magnetosfera, amontando'l tamañu de la geosfera d'plasma, y causando l'escape de masa de l'atmósfera nel vientu solar. Les nubes geomagnéticas asoceden cuando la presión d'afigurar conteníos dientro de la magnetosfera ye abondo grande como pa enchese y en consecuencia aburuyar el campu geomagnético.

Simulación de la interaición ente'l campu magnético terrestre y el campu magnético interplanetariu. La magnetosfera estruyir na «parte diurna» qu'encara al Sol, por cuenta de la aición de les partícules que lleguen y estiéndese nel llau nocherniegu».

El vientu solar ye responsable de formar promediu de la magnetosfera terrestre. Les fluctuaciones na so velocidá, densidá y direición afecten notablemente a la redolada local del planeta. Por casu, los niveles de radiación ionizante ya interferencies de baxa frecuencia pueden variar en factores de cientos a miles; la forma y localización de la magnetopausa y l'onda de choque (na cara asitiada a rodapiellu) puede variar en dellos radios terrestres, esponiendo a los satélites geosíncronos a los efectos del vientu solar direutu. Esos fenómenos son conocíos de manera colectiva como meteoroloxía espacial. El procedimientu de desprendimientu y perda de masa atmosférico provócase cuando'l gas ye atrapáu en burbuyes de campu magnético, que son arrincaes pol vientu solar.[17] Amás, les variaciones na intensidá del campu magnético hanse correlacionado cola variación de la precipitación nos trópicos.[18]

Dependencia temporal[editar | editar la fonte]

Variaciones al curtiu plazu[editar | editar la fonte]

Fondu: Un grupu de midíes d'observatorios magnéticos amosando una nube magnética nel añu 2000.
Globu terráqueo: Mapa qu'amuesa les localizaciones de distintos observatorios y les isolíneas d'intensidá horizontal de campu n'unidaes de μT.

El campu geomagnético camuda n'escales de tiempu dende los milisegundos a millones d'años. Les escales temporales más amenorgaes vienen daes a partir de los fluxos na ionosfera (el dinamo de la ionosfera) y la magnetosfera; dalgún d'estos cambeos puede faese corresponder a nubes geomagnéticas o variaciones diaries nes corrientes. Los cambeos n'escales de tiempu cimeros a un añu reflexen cambeos del interior de la Tierrasobremanera del nucleu ricu en fierro.[9]

Con frecuencia la magnetosfera terrestre ye impactada por erupciones solares que provoquen nubes geomagnéticas, que'l so resultáu son les aurores. La inestabilidá al curtiu plazu del campu midir col índiz K.[19]

Datos recoyíos pol THEMIS amuesen que'l campu magnético, que interacciona col vientu solar, mengua cuando la orientación del campu magnético alliniar ente'l Sol y la Tierra, en contradicción con hipótesis previes. Nel trescursu de nubes solares, esto podría traer l'apagón y diversos daños de los satélites artificiales.[20]

Variación secular[editar | editar la fonte]

Variación envalorada de les isolíneas de declinación ente 1590 y 1990 (faer clic pa ver l'animación).

Los cambeos del campu magnético terrestre n'escales temporales d'un añu o cimeros son denominaos variación secular. N'intervalos de cientos d'años reparóse que la declinación magnética varia en decenes de graos.[9] Na animación de la derecha amuésase cómo foi camudando la declinación a lo llargo de los sieglos.[21]

La direición ya intensidá del dipolo camuda col tiempu. Nos dos últimos sieglos la fuercia del dipolo tuvo escayendo a un ritmu d'un 6,3 % por sieglu.[9] Con esta tasa d'amenorgamientu'l campu anular en 1600 años.[22] Sicasí, esta intensidá ye similar al promediu de los postreros 7000 años, y la tasa de cambéu actual nun ye anómala.[23]

Una carauterística notable de la componente non dipolar de la variación secular ye l'arrastre escontra l'oeste con un ritmu d'alredor 0,2º per añu.[22] Esti arrastre nun ye igual en tolos puntos y varió a lo llargo del tiempu. L'arrastre global promediu foi escontra l'oeste dende'l 1400 d. C. pero escontra l'este ente l'añu 1000 y 1400 d. C.[24]

Los cambeos anteriores a les midíes d'observatorios magnéticos rexistrar en materiales arqueolóxicos y xeolóxicos. Estos cambeos son denominaos como variación secular paleomagnética o variación paleosecular. Estos rexistros inclúin de normal llargos periodos de pequeñes variaciones con grandes cambeos puntuales que reflexen inversiones geomagnéticas y escursiones geomagnéticas (interrupciones «súbites» del cambo non apareyaes a una inversión posterior, sinón que retornen a la polaridá inicial).[25]

Inversiones del campu[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Inversión magnética

Anque'l campu magnético de la Tierra ta de forma xeneral bien averáu por un dipolo magnéticu cola so exa cerca del de rotación, asoceden de manera ocasional dramáticos eventos nos que los polos norte y sur geomagnético intercámbiense. Estos eventos denominar inversiones geomagnéticas. La evidencia d'estos eventos atópase en basaltos, testigos de sedimentos llograos del llechu oceánicu, y d'anomalíes magnétiques del fondu marín. Les inversiones asoceden aparentemente a intervalos aleatorios de tiempu que varien ente menos de 100 000 años hasta 50 millones d'años. L'eventu más recién, denomináu la inversión Brunhes-Matuyama, asocedió fai 780 000 años.[26]

Polaridá geomagnética mientres el final de la yera Cenozoica. Les zones en color escuru denotan periodos nos que la polaridá coincidía cola actual, ente que les zones de color claru denotan periodos de polaridá invertida.

Un estudiu publicáu en 2012 pel Centru d'Investigación Alemán pa les Ciencies de la Tierra suxure qu'asocedió una curtia inversión fai solo 41 000 años mientres la última edá del xelu.[27]

La hestoria del campu magnético rexístrase principalmente n'óxidos de fierro como la magnetita, que presenten propiedaes ferromagnéticas, o otru tipu d'estructures que pueden ser magnetizadas pel campu magnéticu de la Tierra. La magnetización remanente, o remanencia, pue ser adquirida de más d'una manera. En corrientes de lava, la direición del campu conxelar en pequeñes partícules magnétiques al esfrecese, aniciando a magnetización termo-remanente. Nos sedimentos la orientación de les partícules adquier ciertu enclín escontra'l sentíu del campu cuando se depositen nun suelu oceánicu o no fondero d'un llagu. Esti procesu ye denomináu magnetización detrítica remanente.[5]

La magnetización termu-remanente ye la forma de remanencia qu'anicia les anomalíes magnétiques nes dorsales oceániques. Al espandise'l llechu marín, el magma emana dende'l mantu y esfreceríase pa formar o corteza basáltica nueva. Mientres l'enfriamientu, el basaltu guarda la direición del campu terrestre. Esti nuevu basaltu formar en dambos llaos de la dorsal y allóñase d'ella. Cuando'l campu magnético terrestre inviértese, el nuevu basaltu rexistra la direición inversa. La resultancia ye una serie de bandes que son simétriques alredor de la dorsal. Un barcu arremolcando un magnetómetru na superficie del océanu puede detectar estes bandes ya inferir la edá del fondu marín. Esta circunstancia dexa estrayer información del ritmu al cual el llechu marín espandióse a lo llargo del tiempu. El datáu radiométrico de los fluxos de lava foi usáu pa cubicar una escala de tiempu de la polaridá geomagnética, parte de la cual amuésase na imaxe de la esquierda. Esta ye la base de la magnetoestratigrafía, una técnica de correlación xeofísica que puede ser usada pa envalorar la edá tantu de roques sedimentaries como volcániques lo mesmo que de anomalíes del fondu oceánicu.[5]

L'estudiu de fluxos de lava nes montes Steens, nel estáu de Oregón, indiquen que'l campu magnético podría movese a un ritmu bien rápido, percima de los 6 graos per día nun momentu d'inversión magnética.[28]

L'enclinos temporales del dipolo que treslladen la exa del dipolo hasta l'ecuador y entós de vuelta a la polaridá orixinal —nótese qu'ensin llegar a producise una inversión— son conocíes como «escursiones».

Primer apaición[editar | editar la fonte]

Un estudiu paleomagnético lleváu a cabu sobre dacita colorada australiana y lava acojinada suxuren una estimación de que'l campu magnético esistió a lo menos dende fai 3450 millones d'años.[29][30][31]

Futuru[editar | editar la fonte]

Variaciones del momentu de la exa virtual del dipolo dende la última inversión.

Na actualidá'l valor promediu del campu geomagnético ta menguando; esti deterioru correspuende a un 10-15 % del cayente total nos postreros 150 años y aceleróse nos últimos años. La intensidá geomagnética escayó de manera casi continua a partir de máximu un 35% percima del valor actual dende fai 2000 años. El ritmu d'amenorgamientu y l'intensidá actual tán dientro del rangu normal de variación, como s'amuesa pola información d'anteriores valores del campu rexistraos en roques (figura de la derecha).

La naturaleza del campu magnético de la Tierra ye la d'una fluctuación heteroscedástica. Una midida instantánea d'él —o delles midíes a lo llargo de décades o sieglos— nun ye abondu como para extrapolar un enclín xeneral de la intensidá del campu. Este aumentó y menguó nel pasáu ensin razón aparente. Amás, indicar la intensidá local del campu del dipolo (o la so fluctuación) nun ye abonda pa caracterizar el campu magnético terrestre como un tou, yá que nun ye puramente un campu dipolar. La componente dipolar d'este puede menguar al par que'l campu magnético total caltiense o aumenta la so magnitú. El polu norte magnéticu terrestre mover dende'l norte de Canadá a Siberia con un ritmu aceleráu: 10 km per añu nel empiezu del sieglu XX, y en 2003 percima de los 40 km per añu;[32] dende entós sigue acelerándose.[33]

Orixe físicu[editar | editar la fonte]

Nucleu de la Tierra y geodinamo[editar | editar la fonte]

Esquema qu'ilustra la relación ente'l movimientu del fluyíu conductor, entamáu en rollos pola fuercia de Coriolis, y el campu magnético que'l movimientu xenera.

El campu magnético terrestre ta mayoritariamente producíu poles corrientes eléctriques qu'asoceden nel nucleu esternu, de naturaleza líquida, que ta compuestu de fierro fundíu altamente conductor. El campu magnético xenerar al formar una llinia de corriente una espira zarrada (Llei de Ampère); un campu magnético variable xenera un campu eléctrico (Llei de Faraday); y los campos eléctrico y magnético exercen una fuercia sobre les cargues que flúin na corriente (la Fuercia de Lorentz). Estos efectos pueden combinase nuna ecuación diferencial en derivaes parciales pal campu magnético denomada «ecuación d'inducción magnética»:

Onde o ye la velocidá del fluyíu, B ye'l campu magnético, y η=1/σμ ye la difusividad magnética, siendo σ la conductividá eléctrica y μ la permeabilidá.[34] El términu de la parte esquierda de la ecuación representa la variación temporal esplícita del campu, ye'l operador de Laplace y ye l'operador rotacional.

El primer términu nel llau derechu de la ecuación representa una componente de «espardimientu». Nun fluyíu estacionariu'l campu magnético escai y les concentraciones de campu estiéndense. Si'l dinamo terrestre apagárase la componente dipolar sumiría nunes poques decenes de miles d'años.[34]

Reparar que nun conductor perfectu (conductividá σ=∞) nun habría espardimientu. Según la llei de Lenz, cualquier cambéu del campu magnético sería instantáneamente compensáu por corrientes, polo que'l fluxu al traviés d'un volume de fluyíu dáu nun podría camudar. Al movese'l fluyíu, el campu magnético mover con él. El teorema que describe esti efeutu llámase «Teorema del fluxu conxelao». Inclusive nun fluyíu con una conductividá finita, xeneraríase nuevu campu nel estiramientu de les llinies de campu al movese'l fluyíu de manera que lo deforme. Esti procesu podría siguir xenerando campu de manera indefinida, si nun fuera porque al aumentar la intensidá d'ésti, oponer al movimientu del fluyíu.[34]

El movimientu del fluyíu caltener por convección —movimiento basáu na flotabilidá—. La temperatura amontar escontra'l centru de la Tierra, y cuanto más grande seya la temperatura del fluyíu en fondures mayores más llixeru conviértese. Esta flotabilidá ta acentuada pola separación química. Al esfrecese'l nucleu, parte del fierro fundíu se solidifica y xúntase al nucleu internu. Nel procesu elementos más llixeros quedar nel fluyíu, faciéndolo menos trupu. Eso llámase conveición posicional». La fuercia de Coriolis, consecuencia de la rotación del planeta, tiende a entamar al fluyíu en rollos alliniaos na direición de la exa polar norte-sur.[34][35]

El simple movimientu convectivo d'un fluyíu conductor nun ye abondu como pa garantizar la xeneración d'un campu magnético. El modelu esplicáu enriba asume'l movimientu de cargues (como electrones con respectu al nucleu atómicu), que ye un requerimientu pa xenerar un campu magnético. Sicasí, nun ta claru cómo esti movimientu de cargues surde nel fluyíu que circula nel nucleu esternu. Los posibles mecanismos que lo esplicaríen inclúin reaiciones electroquímiques que crean l'equivalente d'una pila xenerando corriente eléctrica nel fluyíu o un efeutu termoeléctricu (estos dos mecanismos tán de dalguna forma superaos). Campos magnéticos remanentes en materiales magnéticos del mantu, que tán más fríos qu'el so temperatura de Curie, tamién aproviríen campos magnéticos a manera de «estátor» d'entamu, qu'induciríen les corrientes riquíes nel fluxu convectivo del fluyíu portándose como un dinamo. Estos mecanismos fueron analizaos pol Philip William Livermore.[36]

El campu magnético promediu nel nucleu esternu de la Tierra calcular n'alredor de 25 G, 50 vegaes cimera al campu na superficie.[37]

Modelos numbéricos[editar | editar la fonte]

La ecuaciones de la geodinamo son desaxeradamente complexes de resolver, y el realismu de les soluciones ta llindáu principalmente pola potencia de cálculu. Mientres décades los teóricos tuvieron llindaos a la creación de dinamos cinemátiques, nos que la velocidá del fluyíu ta prescrita con antelación al cálculu del efeutu del campu magnético. La teoría de dinamo cinemática yera esencialmente cuestión de probar distintes xeometríes del fluxu y comprobar si podía afaese a un dinamo.[38]

Los primeros modelos de dinamo autoconsistentes, los que determinen tantu la velocidá del fluyíu como'l campu magnético, fueron desenvueltos por dos grupos en 1995, unu en Xapón[39] y otru nos Estaos Xuníos.[1][40] El postreru recibió muncha atención porque consiguió de manera satisfactoria reproducir delles de les carauterístiques del campu terrestre, incluyendo les inversiones geomagnéticas.[38]

Corrientes na ionosfera y la magnetosfera[editar | editar la fonte]

Les corrientes eléctriques inducíes na ionosfera xeneren campos magnéticos (rexón de dinamo ionosférica). Esti tipu de campu siempres ye xeneráu na zona onde l'atmósfera atópase más cercana al Sol, y causa alteraciones diaries que puede alteriar los campos magnéticos na superficie hasta 1º. Les variaciones típiques diaries de la intensidá del campu son d'alredor 25 nT , con variaciones na escala de los segundos nel orde de 1 nT.[41]

Anomalíes magnétiques de la corteza[editar | editar la fonte]

Modelu pa les componentes de menor llargor d'onda del campu magnético terrestre, atribuyíes a anomalíes na litosfera.[42]

Los magnetómetros detecten esviaciones del campu magnético terrestre causáu por artefactos de fierro, dellos tipos d'estructures de piedra, ya inclusive cabianes y xacimientos arqueolóxicos. L'usu de preseos afechos de detectores aéreos desenvolver mientres la Segunda Guerra Mundial pa detectar submarinos y les variaciones magnétiques del suelu oceánicu fueron mapeadas. El basaltu, la roca volcánica rica en fierro que compon la mayoría del suelu oceánicu, contién un mineral fuertemente magnéticu (la magnetita) y puede aburuyar les llectures de les brúxules nun ámbitu local. Esta distorsión foi detectada por marineros islandeses yá a finales del sieglu XVIII. De manera más importante, por cuenta de la presencia de magnetita, qu'apurre al basaltu cualidá magnétiques medibles, estes variaciones magnétiques suponen otru mediu pa estudiar el suelu del océanu. Cuando l'acabante crear roca esfrezse, los materiales magnéticos dexen rexistru del campu magnético terrestre d'esi momentu precisu.

Midida y analís[editar | editar la fonte]

Detección[editar | editar la fonte]

La intensidá del campu magnético foi midida per primer vegada por Carl Friedrich Gauss en 1835 y foi midida en numberoses ocasiones de magar, amosando una escayencia relativa d'alredor del 10 % nos postreros 150 años.[43] El satélite Magsat y darréu otros satélites emplegaron magnetómetros de tres eje pa sondiar la estructura tridimensional del campu magnético de la Tierra. El satéliste Ørsted señaló la esistencia d'una geodinamo dinámica n'aición que paez tar faciendo surdir un polu alternativu sol océanu Atlánticu al oeste de Sudáfrica.[44]

Les unidaes operaes polos distintos gobiernos especializaes na midida del campu magnético terrestre son los llamaes observatorios geomagnéticos, con frecuencia partee d'un departamentu d'investigación xeolóxica nacional, por casu l'observatoriu Eskdalemuir del Departamentu d'Investigación Xeolóxica Británicu (British Geological Survey). Estos observatorios son capaces de midir y predicir les condiciones magnétiques qu'en forma de nubes magnétiques alterien con frecuencia a les telecomunicaciones, a la enerxía eléctrica y a otres actividaes humanes.

Les distintes fuercies militares determinen les carauterístiques del campu geomagnético local coles mires de detectar anomalíes que podríen ser causaes por un oxetu metálicu relevante —como un submarín somorguiáu—. Esti detectores d'anomalíes magnétiques son utilizaos n'aviones como'l Nimrod británicu o arremolcaos como instrumental en barcos.

Nel ámbitu comercial, les compañíes de prospección xeofísica tamién usen detectores magnéticos pa identificar anomalíes producíes por menas de minerales interesantes económicamente, como la anomalía magnética Kursk.

Modelos estadísticos[editar | editar la fonte]

Cada midida del campu magnético tomar nun intre y llugar particular. Si ríquese una estimación precisa del campu n'otros llugares y momentos, les midíes tienen de convertise a un modelu válidu pa realizar predicciones.

Harmónicos esféricos[editar | editar la fonte]

Representación esquemática de los harmónicos esféricos sobre una esfera y les sos llinies nodales. La función Pm ye nula en m círculos que pasen polos polos y en ℓ círculos d'igual llatitú. La función camuda de signu cada vez que se crucia una d'estes llinies.
Exemplu de campu cuadrupolar. Tamién puede construyise al xuntar dos dipolos. Si esta disposición fuera asitiada nel centru de la Tierra, entós una investigación científica na superficie afayaría dos polos norte magnéticos (nos polos xeográficos) y dos polos sur nel ecuador.

La forma más común d'analizar les variaciones globales del campu magnético de la Tierra ye afaer les midíes a un grupu d'harmónicos esféricos. Esti métodu foi emplegáu per primer vegada por Carl Friedrich Gauss. Los harmónicos esféricos son funciones que bazcuyen na superficie d'una esfera. Son el productu de dos funciones angulares, una que depende de la llatitú y otra del llargor. La función dependiente del llargor ye nula nun determináu númberu de círculos que pasen polos polos norte y sur; el númberu de diches llinies nodales ye'l valor absolutu del orde m (o n, según fonte). El númberu de círculos de llatitú nos que la función de llatitú anúlase ye igual al orde ℓ. Cada harmónicu ye equivalente a una determinada ordenación de les cargues magnétiques nel centru de la Tierra. Un monopolo ye una carga magnética aisllada, fenómenu que nunca foi reparáu. Un dipolo ye l'equivalente a dos cargues opuestes cercanes y un cuadrupolo dos dipolos xuntos. Un exemplu de campu cuadrupolar amosar na figura de debaxo a la derecha.[9]

Los harmónicos esféricos puede representar cualquier campu esguilar que satisfaiga determinaes propiedaes. El campu magnético tratar d'un campu vectorial, pero si espresar en componentes cartesianes XYZ, cada componente ye la derivada d'una mesma función esguilar denomada'l potencial magnéticu. Los analises del campu magnético terrestre usen una versión modificada de los harmónicos esféricos corrientes que difieren nun factor multiplicativu. Los axustes de les midíes del campu magnético descomponen el campu magnético de la Tierra a una suma d'harmónicos esféricos, multiplicaos cada unu pol coeficiente de Gauss (gm o hm) más apropiáu.[9]

El coeficiente de Gauss de menor orde g00, qu'apurre la contribución d'una carga magnética aisllada ye por tanto nulu (nun se detectaron monopolos magnéticos). Los siguientes términos (g01, g11 y h11) determinen la direición ya intensidá de la contribución dipolar; l'axuste dipolar ta inclináu con un ángulu de 10º con respectu a la exa de rotación, tal como se describió antes.[9]

Dependencia radial[editar | editar la fonte]

L'analís d'harmónicos esféricos pue ser usáu pa estremar les contribuciones esternes ya internes al campu cuando les midíes tán disponibles a más d'una altitú (por casu, observatorios en superficie y satélites). Nesti casu, cada términu de coeficiente gm o hm puede ser descompuestu en dos términos: unu que mengua col radiu nun factor 1/rℓ+1 y otru que s'amonta col radiu con r. Los términos crecientes son los que s'afaen a fontes esternes (corrientes na ionosfera y la magnetosfera). Sicasí'l promediu temporal d'estes contribuciones a lo llargo d'unos pocos años ye nulu.[9]

El restu de términos predicen que'l potencial d'una fonte dipolar (ℓ=1) aparra con 1/r3. El campu magnético, que ye una derivada del potencial, cai por tantu con 1/r3. Los términos cuadrupolares cai con 1/r4. El restu de componentes d'orde cimeru aparren con un orde progresivamente más rápidu col radiu. El radiu del nucleu esternos ye aproximao la metá del radiu terrestre. Si'l campu na frontera ente nucleu y mantu afacer a harmónicos esféricos, la componente dipolar en más pequeña nun factor 1/8 que la de la superficie. Por diversu argumentos, suelse asumir que namái términos d'orde 14 o inferior tienen el so orixe nel nucleu. Estos términos tienen llargores d'onda de 2000 km o inferiores. El restu de componentes de menor magnitú atribuyir a anomalíes na corteza.[9]

Modelos globales[editar | editar la fonte]

L'Asociación Internacional de Geomagnetismo y Aeronomía emplega un modelu global estándar de campu denomináu'l International Geomagnetic Reference Field (Campu Geomagnético Internacional de Referencia). Actualízase cada cinco años. El modelu d'undécima xeneración, IGRF11, foi desenvueltu usando datos de satélites (Ørsted, CHAMP y SAC-C) y de una rede mundial d'observatorios geomagnéticos. El desenvolvimientu n'harmónicos esféricos foi atayáu n'orde 10, con 120 coeficientes, hasta l'añu 2000. Los modelos posteriores a esta fecha fueron atayaos nun grau 13 (195 coeficientes).

Otru modelu de campu global ye'l producíu conxuntamente pol National Geophysical Data Center norteamericanu y el British Geological Survey británicu. Esti modelu atayar nel orde 12 (168 coeficientes). Ye l'usáu pol Departamentu de Defensa de los Estaos Xuníos, el Ministeriu de Defensa británicu, la OTAN y l'oficina hidrográfica internacional, según por múltiples sistemes civiles de saléu.

Un tercer modelu, producíu pel Centru de Vuelu Espacial Goddard (NASA y GSFC) y l'Institutu Danés d'Investigación Espacial, emplega un «modeláu refechu» que trata de conciliar datos de bien distintu resolución temporal y espacial llograos en superficie y de fontes satelitales.

Biomagnetismu[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Magnetorrecepción

Esisten animales —ente los que s'inclúin delles especies d'aves y tortúes— que pueden detectar el campu magnético de la Tierra y usalo pa empobinase mientres les sos migraciones.[45] Les vaques y los venaos tienden a alliniar los sos cuerpos na direición norte-sur al folgar, pero non cuando tán cerca de llinies d'alta tensión; esto llevó a creer a los investigadores que'l magnetismu producíu ye'l responsable.[46][47]

Ver tamién[editar | editar la fonte]

Referencies y bibliografía[editar | editar la fonte]

  1. 1,0 1,1 «A three-dimensional self-consistent computer simulation of a geomagnetic field reversal» (n'inglés). Nature 377 (6546):  pp. 203–209. 1995. doi:10.1038/377203a0. Bibcode1995Natur.377..203G. 
  2. «The Geodynamo» (inglés). University of California Santa Cruz. Consultáu'l October 2011.
  3. (n'inglés)Quirin Shlermeler (3 de marzu de 2005). «Solar wind hammers the ozone layer». News@nature. doi:10.1038/news050228-12. http://www.nature.com/news/2005/050228/full/news050228-12.html. Consultáu 'l 27 de setiembre de 2011. 
  4. (n'inglés) Luhmann, Johnson & Zhang 1992
  5. 5,0 5,1 5,2 McElhinny (2000). Paleomagnetism: Continents and Oceans. Academic Press. ISBN 0-12-483355-1.
  6. (n'inglés) Opdyke, Neil D. (1996). Magnetic Stratigraphy. Academic Press. ISBN 978-0-12-527470-8.
  7. (n'inglés) Mussett, Alan Y. (2000). Looking into the Earth: An introduction to Geological Geophysics. Cambridge University Press. ISBN 0-521-78085-3.
  8. Temple (2006). The Genius of China. Andre Deutsch. ISBN 0-671-62028-2.
  9. 9,0 9,1 9,2 9,3 9,4 9,5 9,6 9,7 9,8 9,9 (1996) The magnetic field of the earth: paleomagnetism, the core, and the deep mantle. Academic Press..
  10. (n'inglés) These are the units of a magnetic B-field. The magnetic H-field has different units, but outside of the Earth's core they are proportional to each other.
  11. (n'inglés) National Geophysical Data Center. «Geomagnetism Frequently Asked Questions». Geomagnetism. NOAA. Consultáu'l October 2011.
  12. (n'inglés) Campbell 2003, p. 7
  13. «Tesla». National High Magnetic Field Laboratory. Consultáu'l October 2011.
  14. Campbell, Wallace A.. «"Magnetic" pole locations on global charts are incorrect». Eos, Transactions, American Geophysical Union 77 (36):  p. 345. doi:10.1029/96EO00237. Bibcode1996EOSTr..77..345C. http://www.agu.org/pubs/crossref/1996/96EO00237.shtml. 
  15. Woods Hole Oceanographic Institution (ed.): «Ocean bottom magnetology laboratory». Consultáu'l xunu de 2012.
  16. «Earth's Inconstant Magnetic Field» (n'inglés). NASA Science—Science News. 29 d'avientu de 2003. Archivado del original el 1 de febreru de 2010. https://www.webcitation.org/5nDzbvFyX?url=http://science.nasa.gov/headlines/Y2003/29dec_magneticfield.htm. Consultáu 'l September 2011. 
  17. «Solar wind ripping chunks off Mars». Cosmos Online. 25 de payares de 2008. Archivado del original el 27 d'abril de 2012. https://web.archive.org/web/20120427034520/http://www.cosmosmagazine.com/news/2369/cortil-wind-ripping-chunks-mars. Consultáu 'l September 2011. 
  18. National Environment Research Council, ed (20 de xineru de 2009). «Link found between tropical rainfall and Earth's magnetic field». Planet Earth Online. http://planetearth.nerc.ac.uk/news/story.aspx?id=296. Consultáu 'l 19 d'abril de 2012. 
  19. NOAA - Space Weather Prediction Center (ed.): «The K-index». Archiváu dende l'orixinal, el 22 d'ochobre de 2013.
  20. NASA (ed.): «Sun Often "Tears Out A Wall" In Earth's Solar Storm Shield» (inglés). THEMIS: Understanding space weather (16 d'avientu de 2008). Consultáu'l 20 d'agostu de 2011.
  21. Jackson, Andrew. «Four centuries of Geomagnetic Secular Variation from Historical Records» (n'inglés). Philosophical Transactions of the Royal Society A 358 (1768). doi:10.1098/rsta.2000.0569. Bibcode2000RSPTA.358..957J. 
  22. 22,0 22,1 Canadian Geological Survey (ed.): «Secular variation» (inglés). Geomagnetism. Consultáu'l 18 de xunetu de 2011.
  23. (2007) «Dipole Moment Variation», Encyclopedia of Geomagnetism and Paleomagnetism (n'inglés). Springer-Verlag, 159–161. ISBN 978-1-4020-3992-8.
  24. Dumberry, Mathieu. «Eastward and westward drift of the Earth's magnetic field for the last three millennia» (n'inglés). Earth and Planetary Science Letters 254. doi:10.1016/j.epsl.2006.11.026. Bibcode2007Y&PSL.254..146D. 
  25. (n'inglés) Tauxe 1998, Ch. 1
  26. (n'inglés) Merrill, McElhinny & McFadden 1996, Chapter 5
  27. «Ice Age Polarity Reversal Was Global Event: Extremely Brief Reversal of Geomagnetic Field, Climate Variability, and Super Volcano» (inglés). Sciencedaily.com (16 d'ochobre de 2012). doi:10.1016/j.epsl.2012.06.050. Consultáu'l 21 de marzu de 2013.
  28. «New evidence for extraordinarily rapid change of the geomagnetic field during a reversal» (n'inglés). Nature 374 (6524). 20 d'abril de 1995. doi:10.1038/374687a0. Bibcode1995Natur.374..687C. http://www.nature.com/nature/journal/v374/n6524/abs/374687a0.html. 
  29. «Paleomagnetic Evidence for the Existence of the Geomagnetic Field 3.5 Ga Ago». Journal of Geophysical Research 85:  p. 3523. 1980. doi:10.1029/JB085iB07p03523. Bibcode1980JGR....85.3523M. http://europa.agu.org/?view=article&uri=/journals/jb/JB085iB07p03523.xml&t=ja,jb,jc,jd,je,jf,jg,js,jz,1980,Senanayake. 
  30. «Evidence for a 3.45-billion-year-old magnetic remanence: Hints of an ancient geodynamo from conglomerates of South Africa». Geochemistry Geophysics Geosystems 10 (9). 2009. doi:10.1029/2009GC002496. Bibcode2009GGG....1009Z07O. 
  31. «Geodynamo, Solar Wind, and Magnetopause 3.4 to 3.45 Billion Years Ago». Science 327 (5970):  pp. 1238–1240. 4 de marzu de 2010. doi:10.1126/science.1183445. PMID 20203044. Bibcode2010Sci...327.1238T. 
  32. «Earth's Inconstant Magnetic Field». Consultáu'l 7 de xineru de 2011.
  33. Lovett, Richard A. (24 d'avientu de 2009). «North Magnetic Pole Moving Due to Core Flux».
  34. 34,0 34,1 34,2 34,3 (n'inglés) Merrill, McElhinny & McFadden 1996, Chapter 8
  35. «Earth's Core and the Geodynamo» (n'inglés). Science 288 (5473):  pp. 2007–2012. 2000. doi:10.1126/science.288.5473.2007. Bibcode2000Sci...288.2007B. 
  36. «Magnetic Stability Analysis for the Geodynamo» (inglés). Consultáu'l December 2012.
  37. «Tidal dissipation and the strength of the Earth's internal magnetic field» (n'inglés). Nature 468 (7326):  pp. 952–954. 2010. doi:10.1038/nature09643. PMID 21164483. Bibcode2010Natur.468..952B. Archivado del original el 22 d'avientu de 2010. https://web.archive.org/web/20101222060911/http://www.nature.com/nature/journal/v468/n7326/full/nature09643.html. Resume divulgativu – Science 20. 
  38. 38,0 38,1 «Recent geodynamo simulations and observations of the geomagnetic field» (n'inglés). Reviews of Geophysics 40 (4):  pp. 1–53. 2002. doi:10.1029/2000RG000102. Bibcode2002RvGeo..40.1013K. 
  39. «Computer simulation of a magnetohydrodynamic dynamo. II» (n'inglés). Physics of Afigures 2 (5):  pp. 1421–1431. 1 de xineru de 1995. doi:10.1063/1.871485. Bibcode1995PhPl....2.1421K. 
  40. Glatzmaier, G. «A three-dimensional convective dynamo solution with rotating and finitely conducting inner core and mantle» (n'inglés). Physics of the Earth and Planetary Interiors 91 (1–3). doi:10.1016/0031-9201(95)03049-3. 
  41. «Spectroscopy: NMR down to Earth». Nature 439 (7078):  pp. 799–801. 2006. doi:10.1038/439799a. Bibcode2006Natur.439..799S. 
  42. Frey, Herbert. «Satellite Magnetic Models». Comprehensive Modeling of the Geomagnetic Field. NASA. Consultáu'l 13 d'ochobre de 2011.
  43. «Time Variations of the Earth's Magnetic Field: From Daily to Secular» (n'inglés). Annual Review of Earth and Planetary Science 1988 (16):  p. 435. 1988. doi:10.1146/annurev.hala.16.050188.002133. Bibcode1988AREPS..16..389C. 
  44. «Small-scale structure of the geodynamo inferred from Oersted and Magsat satellite data» (n'inglés). Nature 416 (6881):  pp. 620–623. Abril 2002. doi:10.1038/416620a. PMID 11948347. 
  45. Deutschlander, M.. «The case for light-dependent magnetic orientation in animals» (n'inglés). Journal of Esperimental Biology 202 (8). PMID 10085262. 
  46. «Extremely low-frequency electromagnetic fields disrupt magnetic alignment of ruminants» (n'inglés). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106 (14):  pp. 5708–5713. Mar 2009. doi:10.1073/pnas.0811194106. PMID 19299504. Bibcode2009PNAS..106.5708B. 
  47. «Biology: Electric cows» (n'inglés). Nature 458 (7237):  p. 389. 2009. doi:10.1038/458389a. PMID 19325587. Bibcode2009Natur.458Q.389.. 

Bibliografía adicional[editar | editar la fonte]

Enllaces esternos[editar | editar la fonte]




Campo magnético terrestre