PALEOMAGNETISMO: INVERSION DE LOS POLOS MAGNETICOS

PALEOMAGNETISMO:
INVERSION DE LOS POLOS
MAGNETICOS EN TIEMPOS
GEOLOGICOS
MSc. Karla Ubieta Huete
marzo, 2010
“La nación que controle el magnetismo controlará el universo”
Dick Tracy - 1935
GEOMAGNÉTISMO
Descripción del campo magnético terrestre
Polos magnéticos no coinciden
con polos geográficos ángulo
de declinación magnética
Las líneas de flujo tienen
trayectoria curva: salen del
polo N magnético actual y
entran al polo S magnético
actual
Aunque los polos magnéticos se
mantienen estáticos un tiempo, no así el
ecuador
magnético,
que
cambia
lentamente
El campo magnético varía
con
el
tiempo
en
intensidad y orientación
En el polo Norte una
aguja imantada
permanecerá vertical, en
el ecuador, horizontal
El campo magnético terrestre
es dipolar, aunque irregular y
cambiante
La intensidad está
disminuyendo
progresivamente
Migraciones
de
los
polos
inversiones de la polaridad
e
Muchas
variaciones
locales frente a los
valores esperados
Origen del campo magnético terrestre
El campo magnético se origina a partir del campo eléctrico producido por corrientes
de convección en el núcleo externo líquido, a su vez causadas por fuentes de calor
diversas.
Calor proveniente de la
concentración
de
materiales en el núcleo
interno
Calor proveniente
de
la
desintegración de
elementos
radiactivos
Calor proveniente de las
rotaciones diferenciales y
el rozamiento asociado
Turbulencias debidas a la
rotación diferencial entre
núcleo externo, núcleo
interno y manto
Turbulencias
debidas
a
la
rotación del planeta
El campo magnético así generado, produce un campo eléctrico que
retroalimenta el proceso
Las irregularidades en el campo dipolar se producen por turbulencias en los
movimientos convectivos del núcleo externo
Para que un planeta tenga un campo magnético necesita material
conductor y fluido en su interior.
Campo magnético fuerte: Saturno, Júpiter, Tierra
Campo magnético débil: Venus (rotación lenta), Martes (núcleo frio
y viscoso),
Mercurio (rotación lenta)
No hay campo magnético: Luna (frio y rotación lenta)
Urano y Neptuno no se sabe
Campo Magnético
Interno
El origen del campo magnético terrestre es
la existencia de hierro fundido a altas
temperaturas en el núcleo externo y la
rotación terrestre, que orienta el flujo
material.
Las corrientes convectivas producto del
gradiente de temperatura, producen
corrientes eléctricas, las cuales dan lugar a
campos magnéticos.
Dinamo terrestre autoinducida, explica
también la variación del campo magnético en
el tiempo.
Migración Polar
CAMPO MAGNÉTICO
EXTERNO
•Formado por la ionosfera y la magnetosfera.
•Debido a la presencia del sol, se genera la
ionosfera y la deformación de
la magnetosfera.
•El sol genera un campo magnético, debido a
dinamo autoinducido, pero es mas inestable en el
tiempo que el campo terrestre.
•Ionosfera se forma por la fotoionización de las
partículas. En este proceso la radiación solar es
absorbida dejando un ion positivo y otro negativo.
La ionosfera en su totalidad es neutra. Reflejan
las ondas de radio.
VARIACIONES
GEOMAGNÉTICAS
RÁPIDAS
Medidas en días y Horas, influenciadas por la
actividad solar.
Variación diurna. Máximo a las doce horas del
mediodía. Variación de 30 γ .
Tormentas magnéticas. Grandes
perturbaciones del campo
magnético debido a las erupciones
solares con duraciones de uno o
dos días y amplitudes de mas de
500 γ.
Estructura
de
Magnetosfera
la
La interacción del campo magnético con el
viento solar produce una deformación de las
líneas de fuerza del campo magnético terrestre.
El campo se comprime en la dirección frontal
hacia el sol y se alarga en la dirección opuesta.
El campo magnético queda anulado fuera de
cierta región, en la que queda confinado. Así se
produce el limite del campo magnético terrestre
llamado magnetopausa.
Importancia de la
magnetosfera
• La ausencia de un campo magnético
terrestre permitiría la incidencia
directa de todas las radiaciones
solares sobre la Tierra, con efectos
nocivos para la vida.
•La influencia de la actividad solar en
los fenómenos relacionados con el
campo magnético es muy grande.
• Las manchas solares o erupciones en
la
atmósfera
solar
aumenta
enormemente el numero de partículas
emitidas,
produciendo
tormentas
magnéticas.
• Estas tormentas afectan el normal
desarrollo de las ondas de radio y
telecomunicaciones.
• El ciclo de manchas solares se
repite aproximadamente cada once
años.
ELEMENTOS DEL CAMPO MAGNETICO
Las relaciones matemáticas
entre los elementos magnéticos
son:
H = F sen I,
X = H cos D,
D = tg-1(Y/X)
Z = F cos I,
Y = H sen D,
I = tg-1(Z/H)
F2 = H2 + Z2,
H2 = X2 + Y2,
F2 = X2 + Y2 + Z2
Mapa de valores de Intensidad
del Campo Magnético terrestre.
http://www.gemsys.ca/PDFDocs/MM3_GEM_Brief_Review_of_Quantum_M
agneto meters.pdf
Mapa de Declinación Magnética,
Isogónas
Angulo entre el Norte Magnético y el norte Geográfico.
Mapa de Inclinación Magnética:
Isoclinas
Angulo entre el plano horizontal y el vector campo magnético.
Orientación de Núcleos para análisis de
Paleomagnétismo
NOTE LA FORMA DE
LAS PERFORACIONES
Paleomagnetismo
Temperatura de Curie.
Imanación permanente de la roca.
Dirección del campo terrestre en otras
épocas.
Reversión geomagnética, descenso
prolongado seguido de una recuperación
rápida.
Frecuencia de 1 a 5 reversiones cada
millón de años.
Ultima
5000).
reversión
780.000
Teoría de dinamo, movimientos
caóticos del metal liquido.
años.(4000-
Reversión geomagnética y cambio polar
La reversión geomagnética es el cambio del campo
magnético de la Tierra, donde el polo norte magnético
se desplaza hacia la región del polo sur y el polo
magnético sur se desplaza hacia la región del polo
norte.
El cambio polar es considerado un evento menos probable
que ocurre unas pocas veces en la escala de tiempo
evolutivo del Sistema Solar.
Hay un par de ejemplos de planetas que han sufrido un
cambio polar catastrófico:
Venus (que gira en una dirección opuesta a todos los
demás planetas) fue volteado al revés por algún enorme
evento, como una colisión planetaria.
Urano que gira de lado, porque fue sacado fuera del eje
por un impacto, o algún efecto gravitatorio causado por
Júpiter y Saturno.
TEORIA DE LA INVERSION DEL
CAMPO
La teoría de inversión del campo magnético sostiene que el
campo magnético principal de la Tierra ha invertido su
polaridad en varias ocasiones durante el pasado geológico.
La base observacional de esta teoría consiste en las
mediciones del magnetismo remanente de las rocas. En
rocas antiguas, menores de 30 m.a, la dirección de
magnetización remanente es casi invariable y se encuentra
en uno de dos grupos: uno de los grupos, denominado
normal y el segundo grupo invertido que consiste de
direcciones contrarias al referido grupo normal.
• Relación entre B y H
– Vacío
– Medio
r
H =
r
H =
r
B0
µ0
r
BT
µ
• Otras relaciones
r
r
BT = µ r B 0
r
r
M = χmH
r
r
r
BT = µ 0 ( H + M )
r
H =
r
B0
µ0
µ = µ 0 (1 + χ m )
µ r = (1 + χ m )
r
r
Bm = χ m B0
Ciclo de Histéresis
• Un material ferromagnético recuerda su
historia
M
Magnetización
Cuando H vuelve a 0 el
material conserva parte de
su magnetización. Tiene
memoria
B tiene que hacerse negativa
para volver a tener una M
nulo.
Saturación en la dirección
opuesta
Saturaciónalineación de
dominios
Curva de magnetización no
lineal
H Campo
aplicado
Una vez el material se ha
magnetizado, retendrá
parte de esta
magnetización. Recuerda
su “historia”
Paleomagnetismo
Las inversiones de la polaridad y su reflejo como
magnetismo remanente en rocas con minerales
ferromagnéticos formadas en la época
Medición del paleomagnetismo en arcillas
Líneas de
flujo del
campo
magnético
en
el
momento
de
formación
de la roca
Paleomagnetismo
Líneas de flujo del campo magnético
en función de ubicación de los polos
Erupciones volcánicas en diferentes épocas
Paleomagnetismo
Inversiones de la polaridad magnética en los últimos 5 m. a.
Comprobación
de
las
inversiones de la polaridad en
los fondos oceánicos cercanos
a las dorsales
Posición actual
Los números
representan las
posiciones hace
millones de años
250 ma
1100 ma
1800 ma
1660 ma
1450 ma
550 ma
2150 ma
Migración de los
polos magnéticos
2690 ma
Simulación tridimensional de la estructura del Campo Magnético
terrestre.(Gary Glatzmaier y Paul Roberts , UCLA 1995 )
Líneas celeste entran y amarillas salen del interior de la Tierra.
manto- núcleo es evidente donde la estructura se vuelve compleja.
El contacto
Simulación durante Cambios en la polaridad
El proceso de inversión de
la polaridad transcurre en
unos 2000 años
With a year of computing on Pittsburgh's CRAY C90, 2,000 hours of
processing, Glatzmaier and collaborator Paul Roberts of UCLA took a big
step toward some answers. Their numerical model of the electromagnetic,
fluid dynamical processes of Earth's interior reproduced key features of
the magnetic field over more than 40,000 years of simulated time. To top it
off, the computer-generated field reversed itself.
"We weren't expecting it," says Roberts, "and were delighted. This
gives us confidence we've built a credible bridge between theory and the
paleomagnetic data." Their surprising results, reported as a cover story in
Nature (Sept. 21, 1995), provide an inner-Earth view of geomagnetic
phenomena that have not been observed or anticipated by theory.
Furthermore, the Glatzmaier-Roberts model offers, for the first time, a
coherent explanation of magnetic field reversal.
The Glatzmaier-Roberts computational model may be the next best thing to a
guided tour of inner Earth. While other models have given good clues that
theory is on track, they have been limited by a two-dimensional approach that
required simplifying assumptions. Roberts and Glatzmaier set out to implement a
fully three-dimensional model, based on a computer program Glatzmaier
developed over many years, that would allow the complex feedbacks between
fluid motion and the magnetic field to evolve on their own -- in other words, to
be solved "self consistently."
+ en rojo
- en azul
Líneas de igual
declinación
(isogonas) del
Campo Magnetico
Tierra.
Nicaragua se localiza
en América Central
entre los 11 y 15
grados de latitud norte
y entre 83 y 88 grados
de longitud oeste.
Mapa de las provincias geomorfológicas de Nicaragua. Fuente: INETER, 2003
Posiciones de los polos paleomagnéticos de las rocas Terciaria de Nicaragua (triangulos), y
rocas del Cretático en Honduras (Gose, 1985…marcados con cruces). Los rombos rellenos A y
B indican los polos de referencia de Norte América hace 30 y 60 m.a. La flecha indica la
dirección de la edad decreciente de los polos.
ZONE 33
ZONA
39600
39500
39400
ZONE
A2
39300
NO
ORT E
Mapa
Magnético del
NW de
Nicaragua
39700
[n T]
39200
39100
39000
38900
38800
B2
ZONE
A1
38700
38600
38500
38400
B3
B1
OC
P A E AN
CIF O
I CO
LAGO
XOLOT
LAN
LA
K E MAN
AGUA
ESTE
0
10
20
30
40 km
Mapa de Anomalía magnética de campo total al NW Nicaragua.
Isolíneas cada 100 nT.
Resultados Paleomagnéticos
Fue posible aislar la magnetización
bien definida de gran estabilidad
en 26 de los 30 sitios que fueron
muestreados. Los resultados de
algunos sitios fueron descartados
debido a resultados tan pobres
dentro
de
los
grupos
de
direcciones.
Generalmente, no
hubo más de dos componentes de
magnetización remanente una de
las cuales fue de bajo coercitivo
con una dirección similar a la del
Campo Actual de la Tierra (CPT;
D=0°, I=43°, Elming y otros
1992).
Eoceno
Planicies de
las Costas del
Pacífico
Cretácico S-Eoceno I
Tierras Altas de
Nicaragua
Direcciones principales y edad de magnetización de las rocas. Note los
cambios graduales en declinación y dirección principal de los diferentes
grupos con incrementos en edad de las rocas de las Tierras Altas.
Interpretación de datos Paleomagnéticos
Latitud
BM
inc
Tr
ra
he
ay
lC
de
ma
n
BC
BC
EDAD
pe
aya
u
la G
Fal
rio
onto
Prom
E
Latitud
gua
icara
de N
d
rp e
sca
U.Cre.-E.Eoceno
Presente
eH
ess
Eoceno
Sitios Paleomagnéticos
Rocas Igneas y Volcánicas
EDAD
Bloque Chortis (Gose, 1985)
Tierras Altas de Nicaragua
Planicies de la Costa del Pacífico
a) Reconstrucción tectónica tentativa de las Tierras Altas de Nicaragua (NH) y la Planicies de la Costa del Pacífico (PCP) durante el
Terciario. b) Paleoposiciones de los Bloques Maya (BM) y Chortis (BC) durante el Cretácico Tardío, modificado de Gose (1985). En c)
las áreas relacionadas al Bloque Chortis, las Tierras Altas de Nicaragua y las Planicies de la Costa del Pacífico son definidas con
líneas verticales, horizontales e inclinadas, respectivamente.
Las consecuencias que podría tener un cambio súbito de los polos
magnéticos Norte-Sur, es un tema ampliamente discutido y sobre el que
no existe un consenso científico común. Lo que sí es conocido es que el
cambio trae consigo un debilitamiento del campo magnético, seguido de un
periodo de recuperación y reorganización de la polaridad opuesta.
La vulnerabilidad de la Tierra ante las tormentas solares es el efecto que
más se señala como consecuencia de este debilitamiento.
Una presión del viento solar lo suficientemente intensa sobre la
magnetosfera débil, podría alterar las órbitas de los satélites, dañar las
comunicaciones de todo el planeta, estropear todo tipo de aparatos
eléctricos, e incluso, si la radiación es lo bastante intensa, afectar a las
personas.
Como tantos procesos naturales movidos por fuerzas caóticas, es
impredecible conocer cuándo sucederá la próxima inversión magnética
polar. Puede que jamás asistamos a ella o puede suceder como algunos
apuntan que sea inminente.
GRACIAS