El campo magnético de la Tierra, generado a 3.000 km por debajo de nuestros pies en el núcleo de hierro líquido, es de vital importancia para la vida en nuestro planeta. Se extiende hacia el espacio, envolviéndonos en una manta electromagnética que protege la atmósfera y los satélites de la radiación solar.
Sin embargo, el campo magnético cambia constantemente tanto en su fuerza como en su dirección y ha sufrido algunos cambios dramáticos en el pasado. Esto incluye enigmáticas inversiones de los polos magnéticos, con el polo sur convirtiéndose en el polo norte y viceversa.
Una cuestión que se plantea desde hace tiempo es la rapidez con la que puede cambiar el campo. Nuestro nuevo estudio, publicado en Nature Communications, ha desvelado algunas respuestas.
Los cambios rápidos del campo magnético son de gran interés porque representan el comportamiento más extremo del océano de hierro fundido en el núcleo líquido. Al vincular los cambios observados a los procesos del núcleo, podemos aprender información importante sobre una región de nuestro planeta que de otro modo sería inaccesible.
Históricamente, los cambios más rápidos en el campo magnético de la Tierra se han asociado a las inversiones, que se producen a intervalos irregulares unas pocas veces cada millón de años. Pero descubrimos cambios en el campo que son mucho más rápidos y más recientes que cualquiera de los datos asociados a las inversiones reales.
Hoy en día los satélites ayudan a monitorizar los cambios en el campo tanto en el espacio como en el tiempo, complementados por registros de navegación y observatorios terrestres. Esta información revela que los cambios en el campo moderno son bastante ponderados, alrededor de una décima de grado por año. Pero, aunque sabemos que el campo ha existido durante al menos 3.500 millones de años, no sabemos mucho sobre su comportamiento antes de hace 400 años.
Para rastrear el antiguo campo, los científicos analizan el magnetismo registrado por los sedimentos, las coladas de lava y los artefactos fabricados por el hombre. Esto se debe a que estos materiales contienen granos magnéticos microscópicos que registran la firma del campo terrestre en el momento en que se enfriaron (en el caso de las lavas) o se incorporaron a la masa terrestre (en el caso de los sedimentos). Los registros de sedimentos del centro de Italia en la época de la última inversión de la polaridad, hace casi 800.000 años, sugieren cambios de campo relativamente rápidos que alcanzan un grado por año.
Sin embargo, este tipo de mediciones son extremadamente difíciles, y los resultados aún se debaten. Por ejemplo, existen incertidumbres en el proceso por el que los sedimentos adquieren su magnetismo.
Medidas mejoradas
Nuestra investigación adopta un enfoque diferente al utilizar modelos informáticos basados en la física del proceso de generación de campos. Esto se combina con una reconstrucción recientemente publicada de las variaciones globales del campo magnético de la Tierra que abarca los últimos 100.000 años, basada en una compilación de mediciones de sedimentos, lavas y artefactos.
Esto demuestra que los cambios en la dirección del campo magnético de la Tierra alcanzaron ritmos de hasta diez grados por año, diez veces mayores que las variaciones más rápidas de las que se tiene constancia actualmente.
Los cambios más rápidos observados en la dirección del campo geomagnético se produjeron hace unos 39.000 años. Este cambio se asoció a un campo localmente débil en una región confinada frente a la costa occidental de América Central. El acontecimiento se produjo después de la «excursión de Laschamp» global, una «inversión fallida» del campo magnético de la Tierra hace unos 41.000 años en la que los polos magnéticos se alejaron brevemente de los polos geográficos antes de regresar.
Los cambios más rápidos parecen estar asociados a un debilitamiento local del campo magnético. Nuestro modelo sugiere que esto es causado por el movimiento de parches de campo magnético intenso a través de la superficie del núcleo líquido. Estos parches son más frecuentes en las latitudes más bajas, lo que sugiere que las futuras búsquedas de cambios rápidos de dirección deberían centrarse en estas zonas.
El impacto en la sociedad
Los cambios en el campo magnético, como las inversiones, probablemente no suponen una amenaza para la vida. Los humanos lograron vivir durante la dramática excursión de Laschamp. Hoy en día, la amenaza se debe principalmente a nuestra dependencia de la infraestructura electrónica. Los fenómenos meteorológicos espaciales, como las tormentas geomagnéticas, que surgen de la interacción entre el campo magnético y la radiación solar entrante, podrían interrumpir las comunicaciones por satélite, el GPS y las redes eléctricas.
Esto es preocupante: el coste económico de un colapso de la red eléctrica estadounidense debido a un evento meteorológico espacial se ha estimado en alrededor de un billón de dólares. La amenaza es lo suficientemente seria como para que el clima espacial aparezca como una alta prioridad en el registro nacional de riesgos del Reino Unido.
Los fenómenos meteorológicos espaciales tienden a ser más frecuentes en regiones donde el campo magnético es débil, algo que sabemos que puede ocurrir cuando el campo cambia rápidamente. Desgraciadamente, las simulaciones por ordenador sugieren que los cambios de dirección surgen después de que la intensidad del campo comience a debilitarse, lo que significa que no podemos predecir las caídas de la intensidad del campo simplemente vigilando su dirección. Futuros trabajos con simulaciones más avanzadas podrán arrojar más luz sobre esta cuestión.
¿Se avecina otro cambio rápido en el campo magnético? Esto es muy difícil de responder. Los cambios más rápidos son también los eventos más raros: por ejemplo, los cambios identificados en torno a la excursión de Laschamp son más de dos veces más rápidos que cualquier otro cambio ocurrido en los últimos 100.000 años.
Esto hace que sea difícil para los científicos predecir los cambios rápidos: son «eventos de cisne negro» que llegan por sorpresa y tienen un gran impacto. Una posible vía de avance es utilizar modelos basados en la física de cómo se comporta el campo como parte de la previsión.
Todavía tenemos mucho que aprender sobre el «límite de velocidad» del campo magnético de la Tierra. Todavía no se han observado directamente cambios rápidos durante una inversión de polaridad, pero deberían esperarse ya que se cree que el campo se debilita globalmente en esos momentos.
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