Per què s’inverteix el camp magnètic terrestre?

Clic per engrandir. Perquè el camp magnètic de la Terra s'inverteix
esporàdicament?. Crèdit: marcel, Adobe Stock

Qui no ha jugat de nen a ser un explorador intentant orientar-se amb una brúixola? Des del segle XV, la propietat d’orientació d’aquestes petites agulles magnètiques són navegadors ben coneguts. Reflecteix l’existència d’un camp magnètic terrestre que, a més de proporcionar un mitjà d’orientació fiable, protegeix la Terra i la seva biosfera de la radiació solar. No obstant això, el camp magnètic de la Terra està lluny de ser estable. De fet, els pols magnètics no són fixos i la seva posició canvia amb els anys fins que s’inverteixen.

Vent solar: la Terra protegida pel seu camp magnètic. Les tempestes del Sol projecten
a l’espai partícules molt energètiques que els astronautes poden veure amb els
ulls tancats. Si no ens arriben és perquè el camp magnètic de la Terra (magnetosfera)
ens protegeix del vent solar. Descobriu amb el vídeo com funciona aquest
sorprenent escut. Crèdit: Futura-Sciences  

Aquests episodis d’inversió del camp magnètic, quan el pol nord es converteix en el pol sud i viceversa, s’han produït centenars de vegades en la història de la Terra. Però, per què el camp magnètic s'inverteix esporàdicament? Quin és l'origen i la força motriu d'aquestes inversions? 

Què és el camp magnètic terrestre?

Imagineu-vos un imant dipol gran situat al centre de la Terra. Les línies magnètiques de força creades representen el que s’anomena camp magnètic terrestre. Aquestes línies de força tallen la superfície de la Terra amb un angle que varia amb la latitud. "Entren" verticalment en un punt anomenat "pol magnètic nord" i surten de la mateixa manera pel pol magnètic sud. A l’equador magnètic, les línies del camp són horitzontals. Actualment, l’eix magnètic està desplaçat respecte de l’eix de rotació de la Terra, cosa que significa que els pols magnètic i geogràfic no coincideixen. El pol magnètic nord es troba actualment a Sibèria i el pol sud a Adelie Land, davant de l'Antàrtida.

Inversions del camp magnètic al llarg del temps

A principis de la dècada de 1900, els científics van descobrir que les roques d’origen volcànic tenien diferents direccions d’imantació. Algunes mesures van indicar la magnetització en la mateixa direcció que el camp magnètic actual, altres van indicar una magnetització totalment oposada, creant "anomalies magnètiques". D’aquestes observacions va néixer la idea que el camp magnètic de la Terra es pot revertir esporàdicament. Aquesta hipòtesi s’ha recolzat al llarg del temps i actualment hi ha escales de polaritat magnètica que identifiquen i daten les diverses inversions que s’han produït durant la història de la Terra. 

Aquestes escales defineixen períodes de polaritat "normals" quan el camp mesurat és el mateix que l'actual i períodes de polaritat "inversa" quan el camp mesurat es troba en la direcció oposada. Està clar que les inversions no són ni regulars ni d’igual durada. Els intervals de temps corresponents a una polaritat estable (normal o inversa) s’anomenen crons i es numeren a partir de l’actual (C0). La durada de cada cron és extremadament variable, i va des de menys d’un milió d’anys fins a diverses desenes de milions d’anys (llavors parlem d’un supercron). La seva freqüència també és molt caòtica. Així, el camp magnètic s’ha invertit unes 300 vegades durant els darrers 200 milions d’anys. L’última inversió es va produir fa 773.000 anys.

 Clic per engrandir. Escala de polaritat magnètica dels darrers temps. ©  EUA Geological Survey

L’origen de les inversions del camp magnètic terrestre

Gràcies a les mesures, observem que els pols no estan estacionaris i es mouen. Durant els darrers vint anys, el pol nord ha migrat diversos centenars de quilòmetres i actualment es mou al voltant de 55 km/any. En canvi, el pol sud només es mou 10 km/any. Aquestes variabilitats, que signifiquen que els dos pols magnètics no estan necessàriament situats a les antípodes, estan vinculades a la dinàmica complexa del camp magnètic, que no només és dipolar, sinó que té components multipolars. Aquesta multipolaritat està lligada als moviments del ferro líquid dins del nucli terrestre. Les pertorbacions del nucli poden modificar les estructures convectives i provocar l'aparició de bucles magnètics secundaris que s'afegeixen al dipol principal. Aquest component multipolar seria capaç de debilitar temporalment el dipol terrestre, cosa que conduiria a una inversió completa del camp magnètic o bé a un restabliment dels pols a la seva posició original després d’un període d’excursió.

Just abans d’una inversió els pols magnètics doncs, semblen seguir trajectòries complexes i sinuoses a la superfície de la Terra, en associació amb una dràstica disminució de la intensitat del camp magnètic, però sense que desaparegui completament. No obstant això, els mecanismes precisos associats a la inversió del camp magnètic encara són poc coneguts i, en particular, l’origen de les pertorbacions al nucli terrestre. Sembla que en tots els casos es produeix una inversió en un interval de temps relativament curt, de 1.000 a 20.000 anys com a màxim.

 Clic per engrandir. Modelització del camp magnètic terrestre per Glatzmaier i Roberts.
A l’esquerra, durant un període de calma, predomina el component dipolar. A la dreta,
durant una inversió, podem veure l’aparició de diversos pols nord i sud. © NASA  

Per tant, l’acceleració actual del moviment del pol nord magnètic és sinònim d’una inversió a curt termini? Res no és menys segur, el pol sud es manté relativament estable. En qualsevol cas, l’estat actual del nostre coneixement no ens permet predir quan tindrà lloc la propera "excursió" o inversió.

 

Ho he vist aquí.