Una investigación desvela que los minerales oprimidos por la inmensa presión cerca del núcleo de la Tierra, pierden en gran medida su capacidad de transmitir luz infrarroja. Ya que la luz infrarroja contribuye al flujo de calor, este nuevo e inesperado hallazgo desafía algunas de las nociones comúnmente aceptadas acerca de la transferencia de calor en la base del manto, la capa de roca fundida que rodea al núcleo sólido de la Tierra.
El descubrimiento podría ayudar al estudio de las “plumas” del manto, grandes columnas de magma ascendente que se cree producen estructuras como las Islas Hawai e Islandia.
Los cristales de magnesiowustita, mineral común en lo profundo de la Tierra, pueden transmitir luz infrarroja a presiones atmosféricas normales. Pero cuando son sometidos a más de medio millón de veces la presión a nivel del mar, estos cristales absorben dicha luz, lo que impide el flujo de calor.
Los investigadores, Alexander Goncharov y Victor Struzhkin, con su colega postdoctoral Steven Jacobsen, todos del Laboratorio Geofísico del Instituto Carnegie, comprimieron cristales de magnesiowustita empleando una celda de yunque de diamante (una cámara constreñida por dos diamantes superduros, capaz de generar presiones increíbles). Entonces emitieron luz intensa a través de los cristales y midieron las longitudes de onda de la luz que lograba salir. Sorprendentemente, los cristales comprimidos absorbieron mucha de la luz en el rango del infrarrojo, sugiriendo ello que la magnesiowustita es un mal conductor de calor a altas presiones.
El flujo de calor en el interior profundo de la Tierra ejerce un papel importante en la dinámica, estructura y evolución del planeta. Existen tres mecanismos primarios mediante los cuales el calor podría circular en el interior terrestre: conducción, transferencia de calor de un material o área a otro; radiación, el flujo de energía vía luz infrarroja; y convección, el movimiento de material caliente. La proporción del flujo de calor de estos tres mecanismos es objeto de intenso debate.
La magnesiowustita es el segundo mineral más abundante en el manto inferior. Ya que no transmite bien el calor a altas presiones, el mineral puede, de hecho, formar parches aislantes alrededor de gran parte del núcleo. Si este es el caso, la radiación puede no contribuir al flujo de calor promedio en estas áreas, y la conducción y convección tendrían un papel más importante en la disipación del calor proveniente del núcleo.
Es muy pronto aún para decir con precisión cómo este descubrimiento cambiará el conocimiento geofísico de las profundidades de la Tierra. Pero, ya que mucho de lo que los científicos asumen acerca de las profundidades de nuestro planeta depende de sus modelos de transferencia de calor, resulta evidente que esta investigación obligará a revisar esos modelos.
Cada pocos años, el científico Larry Newitt (de la institución Geological Survey de Canadá) se va de caza. Toma sus guantes, su parca, su elegante brújula, se embarca en un avión y vuela hacia el ártico canadiense. Hay poco movimiento sobre las islas desparramadas y el mar de hielo, pero la presa de Newitt está ahí -- siempre en movimiento, cambiante, huidiza.
La presa a capturar es el polo norte magnético de la Tierra...
Por el momento, se encuentra localizado en el norte de Canadá, a unos 600 km aproximadamente de la villa más cercana: Resolute Bay, que cuenta con una población de 300 habitantes, y en la que está de moda una camiseta con el mensaje: "Resolute Bay no es el fin del mundo, pero desde aquí puede verse". Newitt se detuvo allí a comprar víveres y otras provisiones -- y es allí donde se refugia en caso de mal tiempo. "Lo cual ocurre a menudo", añade.
Arriba: El movimiento del polo norte Magnético de la Tierra a través del ártico canadiense desde 1831 hasta el 2001. Crédito: Geological Survey of Canada. [más información]
Desde hace mucho tiempo los científicos saben que el polo magnético se mueve. James Ross localizó el polo por primera vez en 1831, tras un agotador viaje por el ártico durante el cual su barco quedó encallado en el hielo durante cuatro años. Después de él, nadie regresó al polo hasta el siglo siguiente. En 1904, Roald Amundsen encontró el polo de nuevo y descubrió que se había movido -- al menos 50 km desde los días de Ross
El polo siguió moviéndose durante el siglo XX en dirección norte a una velocidad de 10 km por año, acelerando últimamente "hasta 40 km anuales", dice Newitt. A este ritmo abandonará Norte América en busca de Siberia en unas pocas décadas.
El trabajo de Newitt consiste en seguir las huellas del polo norte magnético. "Normalmente salimos y comprobamos su localización una vez cada pocos años", comenta. "Tendremos que hacer viajes más a menudo ahora que se está moviendo tan rápido".
El campo magnético de la Tierra también está sufriendo otro tipo de cambios: las agujas de las brújulas en África, por ejemplo, oscilan casi un grado por década. Y globalmente el campo magnético se ha debilitado un 10% desde el siglo XIX. Cuando los científicos mencionaron esto en una reciente convención de la Unión Geofísica Americana, muchos periódicos lo anunciaron en sus columnas. Un titular típico: "¿Está muriendo el campo magnético terrestre?"
Probablemente no. Por muy extraños que nos parezcan estos cambios, "son moderados si los comparamos con los acaecidos durante el pasado en el campo magnético terrestre", afirma el profesor de la Universidad de California Gary Glatzmaier.
Algunas veces el campo se invierte por completo. El polo norte y el sur intercambian sus puestos. Semejantes inversiones, registradas en el magnetismo de antiguas rocas, son impredecibles. Vienen en intervalos irregulares, aproximadamente una vez cada 300.000 años; el último tuvo lugar hace 780.000 años. ¿Se aproxima un nuevo cambio? Nadie lo sabe.
Izquierda: Las varas magnéticas en los alrededores de las crestas centro-oceánicas revelan la historia del campo magnético de la Tierra desde hace millones de años. El estudio del pasado magnético de la Tierra recibe el nombre de paleo-magnetismo. Crédito de la imagen: USGS. [más información]
Según Glatzmaier, la atenuación actual del 10% no implica que la inversión de los polos sea inminente. "El campo se incrementa o decrece en todo momento", afirma. "Sabemos esto gracias a los registros paleo-magnéticos". El campo magnético terrestre actual es, de hecho, mucho mayor de lo normal. El momento dipolar, una medida de la intensidad del campo magnético, es ahora de 8 × 1022 amperios × m2. Eso es el doble de la media del último millón de años, que es de 4× 1022 amperios × m2.
Para entender lo que está sucediendo, dice Glatzmaier, debemos hacer un viaje... hacia el centro de la Tierra, allí donde se produce el campo magnético.
En el núcleo de nuestro planeta existe una bola de hierro sólido, a una temperatura aproximadamente igual de caliente a la superficie del sol. Los investigadores lo llaman el "núcleo interno". Realmente es un mundo en el interior de otro mundo. El núcleo interior tiene un tamaño del 70% de la luna. Gira con período propio, que es de 0,2º grados de longitud por año más rápido que el de la superficie de la Tierra, y cuenta con su propio océano: una capa muy profunda de hierro líquido conocido como el "núcleo externo".
Derecha: Diagrama esquemático del interior de la Tierra. El núcleo externo es la fuente del campo magnético.
El campo magnético de la Tierra se origina en este océano de hierro, el cual es un fluido conductor de la electricidad en constante movimiento. Descansando sobre el caliente núcleo interior, el núcleo externo líquido se agita furioso como el agua sobre una sartén al fuego. El núcleo exterior sufre también "huracanes" -- remolinos generados por las fuerzas de Coriolis producidas por la rotación terrestre. Estos complejos movimientos generan el magnetismo de nuestro planeta a través de un proceso llamado efecto dinamo.
Utilizando las ecuaciones de la magnetohidrodinámica, rama de la física que se ocupa de los fluidos conductores y los campos magnéticos, Glatzmaier y su colega Paul Roberts han creado un modelo del interior de la Tierra en un supercomputador. El software que han creado calienta el núcleo interno, removiendo el océano metálico que flota sobre él, y después calculan el campo magnético resultante. Ejecutan el programa simulando el proceso a lo largo de miles de años y observan lo que sucede.
Los resultados reflejan lo que realmente ocurre en la Tierra: el campo magnético crece y decrece, los polos se mueven, y ocasionalmente se alternan. Han aprendido que el cambio es normal y que no debe extrañarnos. La fuente del campo, el núcleo exterior está, de por si, furiosa, arremolinada y turbulenta. "Ahí abajo está el caos", apunta Glatzmaier. Los cambios que detectamos en la superficie del planeta son un signo de ese caos interior.
Han aprendido también lo que sucede durante una inversión en la polaridad magnética. La inversión tarda unos pocos miles de años en completarse y durante ese tiempo -- contrario a la creencia popular -- el campo magnético no desaparece. "En realidad es más complicado", dice Glatzmaier. Las líneas de fuerza magnética en las proximidades de la superficie terrestre se enroscan y se enmarañan y los polos magnéticos aparecen inesperadamente en lugares poco acostumbrados. El polo sur magnético podría emerger en África, por ejemplo, o el polo norte podría surgir en Tahití. Extraño. Pero aún así, sigue siendo un campo magnético planetario, y sigue protegiéndonos de la radiación espacial y de las tormentas solares.
