Las agujas de las brújulas apuntan hacia el norte. Desde hace varios siglos sabemos que ese comportamiento se produce porque la propia Tierra es magnética. Fue Sir William Gilbert, científico y médico de la corte de la reina Isabel I de Inglaterra, quien propuso por primera vez la existencia del campo magnético terrestre. En el tratado «De Magnete, magneticisque corporibus, et de magno magnete tellure» (Sobre los imanes, los cuerpos magnéticos y el gran imán terrestre) Gilbert resume la historia del magnetismo antiguo y presenta un sumario de experimentos y observaciones relacionados con imanes naturales.

A pesar de que las propiedades de la magnetita, un óxido de hierro que puede atraer metales, se conocían desde unos 2.000 años antes en la civilización china, la obra de Gilbert supone el primer tratado en el que se trata de profundizar, en base a una experimentación sistemática, en la búsqueda de respuestas para explicar la misteriosa habilidad que tiene la aguja de la brújula de apuntar hacia el norte. Hasta entonces se creía, erróneamente, que la aguja de la brújula era atraída por la estrella polar o por islas magnéticas situadas en el ártico.

Desde entonces, muchos científicos se han dedicado al estudio del magnetismo terrestre contribuyendo de manera fundamental a la comprensión de este fenómeno global que tiene una influencia importantísima en el desarrollo de nuestro planeta.

El campo magnético de la Tierra ejerce, por ejemplo, un papel fundamental como escudo protector frente a las partículas cargadas de alta energía procedentes del Sol, influye en los sistemas de navegación y de comunicación y sirve como mecanismo de orientación para muchos seres vivos (como varias especies de aves, mamíferos marinos, tortugas o bacterias).

El campo magnético solar y el viento de partículas empujan el campo magnético terrestre, que actúa como escudo protector frente a las partículas cargadas que continuamente bombardean la Tierra
El campo magnético solar y el viento de partículas empujan el campo magnético terrestre, que actúa como escudo protector frente a las partículas cargadas que continuamente bombardean la Tierra

El campo magnético, cada vez más débil

Pero el campo magnético de la Tierra no es constante ni inamovible, sino que cambia continuamente en intensidad y dirección, y a escalas de tiempo muy diversas. Investigaciones recientes demuestran que existe una tendencia global de debilitamiento del campo magnético terrestre desde hace unos 2.000 años y que, además, esta tendencia se ha acelerado bruscamente desde 1840. ¿Por qué ocurre este fenómeno? ¿Deberíamos preocuparnos?

Los modelos matemáticos y las medidas directas del campo magnético terrestre, realizadas por los navegantes, observatorios geomagnéticos y satélites, han permitido averiguar que el campo magnético de la Tierra tiene su origen principal en el propio globo terrestre, tal como afirmó Gilbert. En concreto, sabemos que más del 95% del campo magnético terrestre tiene su origen en el núcleo de la Tierra, a unos 2.885 km de profundidad bajo nuestros pies.

El origen de los cambios

El núcleo terrestre es una esfera metálica enorme, de unos 3.485 km de radio, es decir, un tamaño similar al del planeta Marte; y está compuesto mayoritariamente por hierro y níquel, ambos buenos conductores de la electricidad. En la parte del núcleo más externa (el llamado núcleo externo) los metales se comportan como si estuvieran en estado líquido por efecto de las altas presiones y temperaturas existentes, mientras que en la parte más interna (núcleo interno) dichos metales están en estado sólido.

Debido a la diferencia de temperaturas entre la parte superior del núcleo externo (de unos 3.500ºC) y la parte inferior del mismo (a más de 6.000ºC) se crean corrientes ascendentes y descendentes de metal líquido que transportan calor desde el núcleo interno de la Tierra al manto. Estos movimientos de convección (similares a los que se producen en agua hirviendo en una olla) llevan asociados corrientes eléctricas que, a su vez, inducen un campo magnético produciendo, en conjunto, el campo magnético de la Tierra.

Como estas corrientes no son constantes, el campo magnético terrestre varía con el tiempo. Sin embargo, hay que señalar que en la actualidad no existe una teoría completa que permita comprender en detalle el origen y comportamiento del campo magnético terrestre y, mucho menos, predecir su evolución futura. Ya en 1905, Einstein consideraba que la comprensión del mecanismo que genera el campo magnético de la Tierra es uno de los desafíos no resueltos más importantes de la Física.

El polo norte se mueve unos 125 metros al día

Así pues, lo que sí sabemos con seguridad es que el campo magnético de la Tierra varía con el tiempo. Una de las manifestaciones de este fenómeno es el movimiento del polo norte magnético. Durante siglos el polo norte magnético ha sido el sistema de orientación utilizado por navegantes para determinar el resto de los puntos cardinales.

Pero orientarse buscando el norte mediante una brújula es un método poco preciso, ya que el norte magnético (que es el lugar donde las agujas de las brújulas apuntan) no coincide exactamente con el polo norte geográfico (que recordemos es el punto sobre la superficie de la Tierra que coincide con el eje de rotación terrestre). Además, como ya hemos visto, la posición del polo magnético varía con el tiempo.

El registro del campo magnético de la Tierra a partir de datos instrumentales, existente desde aproximadamente desde el s. XVII, ha permitido estudiar en detalle dicho movimiento. En la imagen (abajo) podemos ver el movimiento del polo norte magnético a lo largo del ártico canadiense durante los últimos 120 años. Las observaciones indican que, además, en las últimas décadas se está produciendo un movimiento acelerado del polo magnético y que en la actualidad se desplaza a un ritmo de unos 50 km/año. Es decir, cada día, el norte magnético se desplaza unos 125 m. De seguir a este ritmo se prevé que en unos 50 años el polo norte alcance Siberia (Rusia).

Movimientos del polo norte magnético desde el año 1900, en la línea morada y blanca
Movimientos del polo norte magnético desde el año 1900, en la línea morada y blanca

Cuando los polos se invierten

Otra manifestación de la variación temporal del campo magnético terrestre son las inversiones de polaridad que tienen lugar a escalas de tiempo geológicas. Estos eventos se descubrieron gracias al estudio de las propiedades magnéticas de rocas magmáticas del fondo del Océano Atlántico. La necesidad de detectar submarinos durante la Segunda Guerra Mundial llevó al desarrollo de equipos muy sensibles para medir señales magnéticas (llamados detectores magnéticos aéreos).

Posteriormente se desarrollaron equipos similares para estudiar el fondo oceánico y se pudo ver que la magnetización define bandas paralelas de rocas magnetizadas alternativamente en la dirección del campo magnético actual y en una dirección inversa. Años más tarde se relacionaron estas anomalías con la existencia de las inversiones de polaridad magnética.

Hoy en día sabemos que, en efecto, en las rocas del lecho oceánico existen granos de minerales magnéticos que son capaces de retener una señal magnética relacionada con el campo magnético terrestre existente en el momento de su enfriamiento y cristalización. Cada grano magnético actúa como una pequeña brújula fósil y, gracias a ello, el estudio de la señal magnética de rocas antiguas permite conocer la dirección que tuvo el campo magnético terrestre en el pasado.

En los laboratorios de paleomagnetismo somos capaces de descifrar esta señal magnética (llamada imanación remanente) y, a partir de ella, deducir la orientación y, en algunas ocasiones también, la intensidad del campo magnético terrestre del pasado. Sin entrar en detalles, merece la pena mencionar que esta técnica ha sido fundamental para demostrar la expansión del fondo oceánico en las dorsales oceánicas y posteriormente desarrollar teorías tan importante como la tectónica de placas.

Así, estudios paleomagnéticos realizados en rocas distribuidas por toda la superficie terrestre han permitido comprobar que los polos magnéticos se han invertido numerosas veces a lo largo de la historia de nuestro planeta. Es decir, los polos norte y sur magnéticos intercambian sus posiciones. Además estos estudios evidencian que las inversiones de polaridad ocurren sin seguir un patrón definido y además presentan distintas duraciones.

Por ejemplo, sabemos que la última inversión de los polos tuvo lugar hace unos 780 mil años. También los datos sugieren que el proceso de inversión ocurre típicamente en pocos miles de años, que durante la inversión el campo magnético se vuelve inestable y su intensidad se vuelve cada vez más débil (se estima que el campo disminuye hasta un 10% de su valor actual) hasta que, nuevamente, vuelve a crecer poco a poco pero en sentido invertido. Sin embargo, como hemos visto anteriormente el estado actual del conocimiento no permite explicar las causas exactas de las inversiones de polaridad.

¿Nos estamos acercando a una inversión?

La rapidez del debilitamiento de la intensidad del campo magnético terrestre que está teniendo lugar en la actualidad, junto con la aceleración del movimiento del polo, ha llevado a especulaciones sobre la posibilidad de que nos estemos acercando a un nuevo cambio de polaridad y a elucubraciones sobre los posibles efectos catastróficos del mismo.

Sin embargo, podemos decir que hay muchas probabilidades de que el debilitamiento actual del campo magnético no acabe en una inversión completa porque, a lo largo de la historia geológica, ha habido disminuciones similares que no han culminado en un proceso de inversión. En cualquier caso, si siguiese al mismo ritmo, el campo tendría que seguir debilitándose durante varios miles de años antes de que comenzase una inversión. En realidad, ni el registro geológico, ni los modelos numéricos, ni los experimentos de laboratorio permiten predecir cuándo se va a producir la próxima inversión aunque podemos asegurar, con toda probabilidad, que el campo magnético terrestre volverá a invertirse en un futuro.

Así que lo que sí es cierto es que a lo largo de la historia geológica, desde antes de que el hombre (Homo Sapiens) apareciera en la Tierra, las inversiones de polaridad han ocurrido en numerosas ocasiones, y que cuando nuestros ancestros los homínidos habitaban la tierra ocurrieron varios de estos eventos. Y podemos decir que aunque durante el proceso de inversión de los polos el campo magnético se debilitara excesivamente o incluso desapareciera, provocando así un aumento de las partículas cargadas de alta energía incidentes sobre la superficie terrestre, no existen evidencias en el registro geológico de que ninguno de estos eventos esté asociado a extinciones masivas de especies.

Una catástrofe improbable

Además como el proceso de inversión ocurre a escalas de tiempo mucho mayores que la vida de los animales migratorios, parece lógico pensar que las generaciones sucesivas sean capaces de adaptarse paulatinamente a los cambios geomagnéticos. Podemos afirmar, por tanto, que no existen evidencias de que la próxima inversión magnética vaya a provocar ninguna catástrofe natural ni amenazar la supervivencia de la humanidad.

Por otro lado, sí es cierto que nuestra sociedad es ahora altamente dependiente de la tecnología y, por tanto, es altamente vulnerable a las perturbaciones electromagnéticas. Y es cierto que el efecto protector del campo magnético terrestre frente a partículas cargadas disminuiría de forma considerable durante una inversión.

Por ello, durante una inversión las infraestructuras eléctricas del planeta y los sistemas de telecomunicación podrían ser más vulnerables a grandes tormentas solares como la acaecida en 1859, potencialmente provocando así importantes pérdidas económicas.

En el pasado perturbaciones magnéticas ya han provocado daños en el tejido tecnológico, quemando transformadores y causando apagones. Sin embargo, muy probablemente cuando ocurra una nueva inversión magnética dispondremos de los medios técnicos necesarios para afrontar sus posibles efectos y, por tanto, no parece probable que las consecuencias vayan a ser desastrosas. Mientras tanto, los científicos seguiremos investigando el caprichoso comportamiento del campo magnético terrestre. Solo así podremos desentrañar su origen, entender su evolución y así estar preparados para minimizar los efectos adversos que pueda provocar el debilitamiento de este escudo frente a la radiación que llega constantemente a nuestro planeta.

/psg