O campo magnético da Terra, gerado 3.000 km abaixo dos nossos pés no núcleo de ferro líquido, é de importância crucial para a vida no nosso planeta. Estende-se ao espaço, envolvendo-nos num cobertor electromagnético que protege a atmosfera e os satélites da radiação solar.
P>O campo magnético está constantemente a mudar tanto na sua força como na sua direcção e sofreu algumas mudanças dramáticas no passado. Isto inclui inversões enigmáticas dos pólos magnéticos, com o pólo sul a tornar-se no pólo norte e vice-versa.
Uma questão de longa data tem sido a rapidez com que o campo pode mudar. O nosso novo estudo, publicado na Nature Communications, descobriu algumas respostas.
As mudanças rápidas do campo magnético são de grande interesse porque representam o comportamento mais extremo do oceano de ferro fundido no núcleo líquido. Ligando as mudanças observadas aos processos do núcleo, podemos aprender informações importantes sobre uma região do nosso planeta que de outra forma seria inacessível.
Histórico, as mudanças mais rápidas no campo magnético da Terra têm sido associadas a inversões, que ocorrem em intervalos irregulares algumas vezes a cada milhão de anos. Mas descobrimos mudanças de campo que são muito mais rápidas e recentes do que qualquer dos dados associados a inversões reais.
actualmente os satélites ajudam a monitorizar alterações no campo tanto no espaço como no tempo, complementadas por registos navegacionais e observatórios terrestres. Esta informação revela que as mudanças no campo moderno são bastante pesadas, cerca de um décimo de um grau por ano. Mas, embora saibamos que o campo existe há pelo menos 3,5 mil milhões de anos, não sabemos muito sobre o seu comportamento antes de há 400 anos.
Para localizar o campo antigo, os cientistas analisam o magnetismo registado pelos sedimentos, fluxos de lava e artefactos de origem humana. Isto porque estes materiais contêm grãos magnéticos microscópicos que registam a assinatura do campo terrestre no momento em que arrefeceram (para as lavas) ou foram adicionados à massa terrestre (para os sedimentos). Os registos de sedimentos da Itália central na altura da última inversão de polaridade há quase 800.000 anos sugerem mudanças de campo relativamente rápidas, atingindo um grau por ano.
Estas medições, contudo, são extremamente difíceis, com resultados ainda a serem debatidos. Por exemplo, existem incertezas no processo pelo qual os sedimentos adquirem o seu magnetismo.
Medições melhoradas
A nossa investigação adopta uma abordagem diferente, utilizando modelos informáticos baseados na física do processo de geração do campo. Isto é combinado com uma reconstrução recentemente publicada das variações globais do campo magnético da Terra ao longo dos últimos 100.000 anos, baseada numa compilação de medições a partir de sedimentos, lavas e artefactos.
Isto mostra que as mudanças na direcção do campo magnético da Terra atingiram taxas que chegam aos dez graus por ano – dez vezes maiores do que as variações mais rápidas actualmente relatadas.
As mudanças mais rápidas observadas na direcção do campo geomagnético ocorreram há cerca de 39.000 anos. Esta mudança foi associada a um campo localmente fraco numa região confinada mesmo ao largo da costa ocidental da América Central. O evento seguiu-se à “excursão global Laschamp” – uma “inversão falhada” do campo magnético da Terra há cerca de 41.000 anos atrás, na qual os pólos magnéticos se afastaram brevemente dos pólos geográficos antes de regressarem.
As mudanças mais rápidas parecem estar associadas ao enfraquecimento local do campo magnético. O nosso modelo sugere que isto é causado pelo movimento de manchas de campo magnético intenso através da superfície do núcleo líquido. Estas manchas são mais prevalentes em latitudes mais baixas, sugerindo que as futuras buscas de mudanças rápidas de direcção devem concentrar-se nestas áreas.
O impacto na sociedade
Alterações no campo magnético, tais como inversões, provavelmente não constituem uma ameaça à vida. Os seres humanos conseguiram viver através da dramática excursão Laschamp. Hoje em dia, a ameaça deve-se principalmente à nossa dependência de infra-estruturas electrónicas. Eventos meteorológicos espaciais, tais como tempestades geomagnéticas, decorrentes da interacção entre o campo magnético e a radiação solar recebida, poderiam perturbar as comunicações via satélite, GPS e as redes de energia.
Isto é preocupante – o custo económico de um colapso da rede eléctrica dos EUA devido a um evento meteorológico espacial foi estimado em cerca de um trilião de dólares. A ameaça é suficientemente grave para que o clima espacial apareça como uma alta prioridade no registo nacional de riscos do Reino Unido.
Os eventos meteorológicos espaciais tendem a ser mais prevalecentes em regiões onde o campo magnético é fraco – algo que sabemos que pode acontecer quando o campo está a mudar rapidamente. Infelizmente, as simulações de computador sugerem que as mudanças de direcção surgem após a força do campo começar a enfraquecer, o que significa que não podemos prever quedas na força do campo apenas monitorizando a direcção do campo. O trabalho futuro utilizando simulações mais avançadas pode lançar mais luz sobre esta questão.
Vai haver outra mudança rápida no campo magnético a caminho? Isto é muito difícil de responder. As mudanças mais rápidas são também os acontecimentos mais raros: por exemplo, as mudanças identificadas em torno da excursão Laschamp são mais de duas vezes mais rápidas do que quaisquer outras mudanças ocorridas nos últimos 100.000 anos.
Isto torna difícil para os cientistas preverem mudanças rápidas – são “eventos de cisne negro” que vêm como uma surpresa e têm um grande impacto. Uma via possível é utilizar modelos baseados na física de como o campo se comporta como parte da previsão.
Temos ainda muito a aprender sobre o “limite de velocidade” do campo magnético da Terra. Mudanças rápidas ainda não foram directamente observadas durante uma inversão de polaridade, mas devem ser esperadas uma vez que se pensa que o campo se tornará globalmente fraco nestes tempos.
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