O MISTERIO DO CAMPO MAGNÉTICO DA TERRA

O centro da Terra non deixa de sorprendernos... e de medrar. A medida que a Terra arrefríase co paso do tempo o tamaño do núcleo interior medra ao solidificarse o ferro fundido. Os cálculos suxiren que o núcleo central comezou a formarse hai entre 1.000 e 3.000 millóns de anos e non deixou de medrar desde entón. Ademais, a diferenza de temperatura que existe entre ambas as partes é suficiente para causar un movemento de convección no núcleo externo: o material quente ascende e o frío descende, de forma análoga ao que sucede cando quentamos unha pota con auga. E é esta convección a que anima e mantén unha das grandes incógnitas da xeofísica: o campo magnético terrestre.

De onde vén o campo magnético? Desde que en 1600 o médico da raíña Isabel de Inglaterra William Gilbert chamase ao noso planeta o Gran Imán, descubrir por que posúe un campo eléctrico foi un problema cuxa solución esixiu varios séculos de traballo. Só hai dúas formas de producir un campo magnético: a través dunha magnetización permanente (que é o que propoñía Gilbert) ou a través de correntes eléctricas. Sexa cal for a explicación, esta debe dar resposta a catro feitos básicos ben afianzados: que o campo magnético prodúcese no interior da Terra (polo menos nun 99%); que leva co noso planeta practicamente desde a súa orixe e que varía en intensidade e dirección (é o que se chama a variación secular). E, finalmente, o máis misterioso de todo: que de cando en vez prodúcese un invertemento do campo, de forma que o norte magnético pasa a ser o sur e viceversa.

Campo magnético terrestre. Unha magnetización permanente non é capaz de explicar todo isto, así que só quédanos a proposta que fixo en 1919 o irlandés Joseph Larmor, cando suxeriu que era producido por un efecto dinamo: certas correntes eléctricas deben producir o campo magnético. Estas correntes non poden aparecer no manto, pois está composto por materiais semicondutores e son incapaces de producir un campo da intensidade que observamos; as correntes eléctricas só poden producirse nun único lugar: o centro da Terra.

A dínamo terrestre. A proposta de Larmor dunha dínamo esixe a preexistencia dun campo magnético inicial e un material condutor da electricidade (o ferro) que estea a virar para converter a enerxía rotacional en enerxía magnética. Unha vez que a dínamo empeza, o campo magnético inicial pode desaparecer; xa non é necesario. E o mellor de todo, este é un sistema automantido a condición de que siga en rotación. Non coñecemos cal foi a orixe do primeiro campo magnético da Terra. Uns suxiren que foi un anaco do campo magnético interestelar que quedou “atrapado” a medida que se formaba o noso planeta; outros que apareceu debido a un efecto termoeléctrico. Para entendelo imaxinemos unha barra de ferro que está máis quente nun extremo que no outro. Os electróns ao lado quente móvense máis rápido, daquela un número maior alcanza o outro extremo da barra. Isto produce unha separación de cargas (hai máis electróns nun lado que noutro) e, por tanto, unha corrente eléctrica e un campo magnético, como demostrou William Thomson no século XIX. Unha terceira posibilidade é que se producise algún tipo de reacción química que fixese que o manto funcionase durante un tempo como unha batería. Sexa como for, non hai maneira de saber como xurdiu nin como era ese campo magnético inicial pois non quedaron restos da súa presenza en rochas; nin tan sequera podemos estimar o seu valor por paleomagnetismo.

A antidinamo. A idea da dínamo de Larmor foi gañando adeptos entre os xeofísicos ata que chegou un matemático inglés chamado Thomas George Cowling, un home moi alto e de pelo roxo que non pasaba desapercibido nos congresos científicos e cuxa maior distracción era atacar todas aquelas propostas físicas que non se sustentaban nunha boa base matemática. Para Cowling a dínamo de Larmor non o estaba. Así que en 1933 publicou un famoso artigo onde aparecía o que se coñece como “teorema antidinamo”: un campo magnético no centro da Terra e simétrico ao redor dun eixo non pode ser mantido por unha dínamo. O pau foi grande ata o punto de que, aínda hoxe, algúns creacionistas citan este teorema para apoiar a súa idea de que Deus creou o mundo hai uns poucos miles de anos. Con todo, este teorema non é o suficientemente xeral para prohibir o mecanismo de dínamo en calquera situación. Durante case dúas décadas os matemáticos buscaron un teorema que xeneralizase o de Cowling... sen éxito. Todo terminou cando en 1970 Steve Childress e Glen Roberts demostraron que o tan buscado teorema xeral antidínamo non podía existir.

Agora ben, se a proposta de Larmor non era correcta, como funciona a dínamo terrestre? A súa procura marcou unha das aventuras científicas matematicamente máis complexas que existen e xogou un papel moi importante na aparición dunha nova rama da ciencia, a magnetohidrodinámica (MHD), que combina o electromagnetismo coa mecánica de fluídos. Dicir que é unha disciplina moi complexa é quedar curto. Tal é o punto que uno dos pais da MHD e premio Nobel de Física, Hans Alfvén, queixouse durante unha cea que non podía publicar os seus artigos nas principais revistas científicas de física e geofísica “porque os revisores non entenden os fundamentos dos novos conceptos que estou a propoñer”.

A solución. O pai da moderna dínamo terrestre foi un alemán que descubriu con 15 anos que era de orixe xudía e tivo que emigrar a Estados Unidos: Walter Elsasser. Empezou a poñer as bases da nova teoría en 1941, no tempo libre que quedaba tras as súas horas de servizo no Corpo de Sinais do exército norteamericano. Aos poucos outros foron engadindo pedazos que ían dar consistencia á teoría: ese foi o caso de Eugene Parker, un profesor da Universidade de Chicago que se deu conta de que a parte líquida do núcleo debía rotar diferencialmente, como fai o café do almorzo cando lle damos voltas coa culler: o líquido da parte central da cunca vira máis rápido que o dos bordos. 

Se ademais engadíase a existencia de convección no núcleo e que está sometido á forza de Coriolis (un efecto da rotación terrestre que fai que os furacáns roten en sentido horario no hemisferio norte e antihorario no Sur), as cousas empezaban a encaixar. Pero tivemos que esperar ata 1996 cando Gary Glatzmaier (nos Álamos) e Paul Roberts (en UCLA, California) propuxeron a primeira dínamo tridimensional para a Terra. Pasaran case 400 anos desde que William Gilbert escribise Sobre o imán, os corpos magnéticos e o Gran Imán, a Terra. Un libro polo que se considera ao seu autor pai da ciencia experimental inglesa e a quen debo a palabra electricidade. Pero a pesar de todos os avances e descubrimentos que vivimos, o núcleo da Terra segue sendo, aínda, ese país descoñecido.

FONTE: Miguel Ángel Sabadell/muyinteresante.es/ciencia