Girando alrededor del sólido núcleo interno de nuestro planeta, a más de 1, 800 millas debajo de la superficie, el hierro líquido caliente genera un campo magnético que se extiende más allá de la atmósfera. Este campo nos proporciona todo, desde las direcciones de la brújula hasta la protección contra los rayos cósmicos, por lo que no sorprende que los científicos se alarmaran a principios de este año cuando notaron que el polo magnético del norte se desplazaba rápidamente hacia Siberia. Mientras que los geofísicos se apresuraron a lanzar un modelo actualizado del campo magnético de la Tierra antes de su calendario de cinco años, el polo migratorio planteó una pregunta urgente: ¿se está preparando el campo magnético de la Tierra?
El estado magnético de nuestro mundo cambia constantemente, con los polos magnéticos norte y sur deambulando unos pocos grados cada siglo más o menos. Ocasionalmente, el campo magnético experimenta una inversión de polaridad completa, lo que hace que los polos magnéticos norte y sur cambien de lugar, aunque nadie sabe exactamente qué causa este giro. (De hecho, el polo norte del planeta es un polo sur magnético en este momento, pero todavía se conoce como "norte magnético" para corresponder con nuestras mediciones geográficas).
En un estudio publicado hoy en Science Advances, los investigadores informan una nueva línea de tiempo estimada de la última inversión de polaridad, llamada inversión de Brunhes-Matuyama, que ocurrió hace aproximadamente 780, 000 años. Utilizando una combinación de muestras de lava, sedimentos oceánicos y núcleos de hielo, pudieron rastrear la progresión de esta inversión y demostrar que su patrón era más largo y complejo de lo que sugerían los modelos anteriores. Los hallazgos podrían permitir una mejor comprensión de cómo evoluciona el entorno magnético de nuestro planeta y, con suerte, guiar las predicciones para la próxima perturbación importante.
"[La inversión de polaridad] es uno de los pocos fenómenos geofísicos que es verdaderamente global", dice Brad Singer, profesor de geociencia en la Universidad de Wisconsin – Madison y autor principal del estudio. “Es un proceso que se inicia en las partes más profundas de la Tierra, pero se manifiesta en rocas en toda la superficie del planeta y afecta la atmósfera de maneras muy importantes. ... Si podemos establecer una cronología para el momento de las reversiones, tenemos marcadores que podemos usar para fechar rocas en todo el planeta y conocer puntos de tiempo comunes alrededor de toda la Tierra ".
La generación del campo magnético de la Tierra comienza en su centro. El calor del núcleo interno sólido producido por la desintegración radiactiva calienta el hierro líquido circundante, haciendo que circule como una olla de agua sobre una estufa. El movimiento fluido, o convección, del hierro crea una corriente eléctrica, que genera un campo magnético. A medida que la Tierra gira, el campo magnético se alinea aproximadamente con el eje de rotación, creando los polos magnéticos norte y sur.
En los últimos 2.6 millones de años, el campo magnético de la Tierra se volteó 10 veces y casi volcó más de 20 veces durante los eventos llamados excursiones. Algunos investigadores creen que las inversiones de polaridad son causadas por una alteración en el equilibrio entre la rotación de la Tierra y la temperatura en el núcleo, lo que altera el movimiento del fluido del hierro líquido, pero el proceso exacto sigue siendo un misterio.
Ilustración esquemática de las líneas invisibles del campo magnético generadas por la Tierra, representadas como un campo de imán dipolo. En realidad, nuestro escudo magnético está apretado más cerca de la Tierra en el lado orientado hacia el Sol y extremadamente alargado en el lado nocturno debido al viento solar. (Peter Reid / NASA) Singer y sus colegas obtuvieron estimaciones cronológicas más precisas para la última inversión de polaridad mediante el uso de nuevas técnicas para fechar la lava solidificada. La lava basáltica, que entra en erupción alrededor de 1.100 grados Celsius (2.012 grados Fahrenheit), contiene magnetita, un óxido de hierro cuyos electrones más externos se orientan a lo largo del campo magnético de la Tierra. Cuando la lava se enfría a 550 grados Celsius (1022 grados Fahrenheit), "la dirección de magnetización se bloquea, literalmente se cuece en el flujo", dice Singer. Como resultado, la historia del campo magnético está estampada en la lava solidificada, que Singer y su equipo pudieron leer usando un proceso especializado para medir los isótopos de argón de las muestras de lava descompuesta.
Desafortunadamente para los geólogos (pero afortunadamente para el resto de nosotros), los volcanes no entran en erupción todo el tiempo, lo que hace que la lava guarde un registro irregular de la evolución del campo magnético. Para unir las fechas faltantes, el equipo de investigación combinó las nuevas mediciones de siete fuentes de lava diferentes en todo el mundo con registros pasados de elementos magnetizados en sedimentos oceánicos y núcleos de hielo antárticos. A diferencia de la lava, el océano proporciona un registro continuo de magnetización, ya que los granos de material magnético se depositan constantemente en el fondo marino y se alinean con el campo del planeta. "Pero estos registros se suavizan y se deforman por la compactación, y hay muchas criaturas que viven en el fondo del fondo marino ... por lo que el registro se destruye un poco", dice Singer.
El hielo antártico ofrece una tercera forma de resolver la historia del campo magnético de la Tierra, ya que contiene muestras de un isótopo de berilio que se forma cuando la radiación cósmica interactúa fuertemente con la atmósfera superior, precisamente lo que sucede cuando el campo magnético se debilita durante una excursión o inversión.
Al combinar estas tres fuentes, los investigadores elaboraron una historia completa sobre cómo evolucionó el campo magnético durante su última inversión. Si bien los estudios anteriores sugirieron que todas las reversiones pasan por tres fases en un período de tiempo no mayor a 9, 000 años, el equipo de Singer descubrió un proceso de reversión mucho más complejo que tardó más de 22, 000 años en completarse.
"Podemos ver muchos más matices del aumento y disminución de las fortalezas y el comportamiento direccional durante este período de 22, 000 años que nunca antes", dice Singer. "Y no coincide con el patrón [trifásico] ... así que creo que tendrán que volver al tablero de dibujo".
Los resultados ponen en duda si las futuras reversiones de campo exhibirán complejidades y duraciones similares. "Este es un documento importante ya que documenta nuevos datos volcánicos y reúne registros volcánicos y sedimentarios relacionados con la inestabilidad del campo geomagnético antes de la última inversión de polaridad", dice James Channell, un geofísico de la Universidad de Florida que no participó en la nueva investigación, en un correo electrónico. “¿Es esta inestabilidad previa a la inversión una característica de todas las inversiones de polaridad? Hasta el momento, no hay evidencia de esto por reversiones anteriores ".
El coautor del estudio Rob Coe y Trevor Duarte orientaron los núcleos de un sitio de flujo de lava que registró la inversión de la polaridad magnética de Matuyama-Brunhes en el Parque Nacional Haleakala, Hawai, en 2015. (Brad Singer) Incluso con los tres conjuntos de mediciones, queda alguna duda sobre si el historial parcheado proporciona suficiente información sobre cuánto tiempo lleva una inversión y exactamente en qué estado se encuentra el campo cuando ocurren tales cambios. "Mientras ningún registro completo muestre evidencia de la compleja sucesión de eventos representada por los autores, no estoy convencido de que las incertidumbres sobre las edades nos permitan discernir más de dos fases distintas", dice Jean-Pierre Valet, un Geofísico del Instituto de Física de la Tierra de París que no participó en la investigación, en un correo electrónico. Valet también cuestiona la duración de la reversión, argumentando que las incertidumbres en los datos sugieren que todo el proceso podría haber oscilado entre 13, 000 y 40, 000 años, aún más que las estimaciones anteriores.
Aprender más sobre los procesos que conducen a inversiones de polaridad podría ser crítico para las civilizaciones futuras, ya que el campo magnético cambiante puede tener efectos de gran alcance en el planeta.
"Cuando el campo [magnético] es débil, que es durante las reversiones, el campo dipolar principal colapsa a algo del orden del diez por ciento de su fuerza normal", dice Singer. Este colapso podría significar problemas para la vida en la Tierra, ya que el campo magnético estabiliza las moléculas de ozono, protegiendo al planeta de la radiación ultravioleta. Singer señala que el trabajo reciente sugiere que los humanos modernos se adaptaron para tener genes protectores después de que los neandertales sufrieran radiación durante una excursión que deterioró el campo magnético.
"Se ha discutido durante bastante tiempo si las inversiones magnéticas tienen un impacto en la biota en la superficie de la Tierra", dice. “La mayoría de las primeras afirmaciones son un poco absurdas, porque la cronología no fue lo suficientemente buena como para saber que el descubrimiento de fósiles de neandertales, por ejemplo, fue correlativo con una excursión. Pero ahora conocemos esos tiempos mucho mejor ”.
Durante los últimos 200 años o más, el campo magnético de la Tierra ha estado decayendo a una tasa del cinco por ciento cada siglo. Si este debilitamiento y la reciente migración del polo magnético del norte son indicativos de una inversión de campo inminente, podría tener serias implicaciones para las tecnologías que dependen de los satélites, que pueden ser dañados por la radiación cósmica. Sin embargo, Singer advierte que no es probable que ocurra una reversión en los próximos dos milenios.
"Lo que estamos viendo ahora con el polo norte moviéndose rápidamente, en realidad es bastante normal", dice Singer. "Hay documentos publicados basados en registros mucho más pobres que los que estamos trabajando que sugieren que una reversión podría tener lugar en menos de una vida humana, y eso no es compatible con la gran mayoría de los registros". ... La inversión real, la inversión final, lleva varios miles de años ".
Eso debería darle a la humanidad algo de tiempo para proteger mejor sus tecnologías de la radiación en el próximo cambio. Hasta entonces, no se alarme si su brújula cambia en un grado o dos.
