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miércoles, 2 de julio de 2014

El escudo protector de la Tierra

Recreación artística del campo magnético que envuelve y protege la...
Recreación artística del campo magnético que envuelve y protege la Tierra de la radiación emitida por el Sol y que se genera en su mayor parte desde el interior del planeta. ESA
Julio Verne (1828-1905) nos llevó de viaje hasta el centro de la Tierra a través de las páginas de una de las grandes novelas de aventura de todos los tiempos. El paisaje que en 1864 imaginó el escritor francés, que situó la puerta de entrada al interior del planeta en un volcán islandés, poco tiene que ver con la descripción que hacen los geólogos sobre la estructura interna de la Tierra. Pero la propuesta de los científicos también resulta fascinante. A unos 3.000 kilómetros de profundidad bajo nuestros pies, en el llamado núcleo externo del planeta, hay un gigantesco y turbulento océano de hierro fundido a altísimas temperaturas.
La circulación de esta enorme masa de minerales fundidos actúa como una especie de imán gigantesco, genera corrientes eléctricas y es el principal proceso que origina el denominado campo magnético de la Tierra. Se calcula que este océano interno genera el 95% del campo magnético, al que también contribuyen los minerales que hay en el manto, en la corteza, la ionosfera, la magnetosfera y hasta en los océanos, pues el agua salada conduce la electricidad.
Como si fuera una burbuja gigante, el campo magnético nos protege de las dañinas partículas que constantemente lanza el Sol.
Los científicos comparan el campo magnético con una especie de burbuja gigante que actúa como escudo protector de la Tierra, pues la resguarda de las dañinas partículas que emite el Sol: «El campo magnético es muy importante para la vida, pues el Sol manda constantemente radiación a la Tierra a través del viento solar», explica el científico Andrew Jackson durante el congreso que laAgencia Espacial Europea (ESA) acaba de celebrar en Copenhague para presentar los primeros resultados de la misiónSwarm, lanzada el pasado 22 de noviembre desde el Cosmodromo de Plesetsk, en Rusia.

Tres satélites idénticos

Con los tres satélites idénticos que conforman esta ambiciosa misión de observación terrestre, la ESA pretende entender mejor y medir los cambios que se están produciendo en el campo magnético. Y es que, pese a que hace ya 2.000 años que los chinos inventaron la brújula y por tanto, que los seres humanos comenzaron a investigar el magnetismo, la generación y el funcionamiento del campo magnético sigue siendo uno de los procesos más misteriosos de la Tierra.
Los científicos creen que el campo magnético se origina en el interior del planeta, en un gigantesco y turbulento océano de hierro fundido que hay a 3.000 kilómetros de profundidad.
Los tres satélites, que se encargan de medir las señales magnéticas emitidas por el núcleo, el manto, la corteza, los océanos, la ionosfera y la magnetosfera, se encuentran en su órbita de trabajo desde el 17 de abril. Uno de ellos está a 530 kilómetros de altura, mientras que los otros dos se encuentran a 460 kilómetros y a lo largo de la misión, irán cayendo hasta los 300 kilómetros.
Según han detectado los científicos, ese escudo protector se está debilitando. De media, estiman que se ha debilitado un 5% en los últimos cien años, aunque en algunas zonas esa pérdida se ha acelerado. Y las observaciones realizadas durante los primeros meses de funcionamiento de los satélites Swarm han confirmado ese debilitamiento en buena parte del globo. Sin embargo, según revelaron en Copenhague los responsables científicos de esta misión, en una región situada al sureste de África y al sur de la India el campo se está reforzando.
MAPA DEL CAMPO MAGNÉTICO. La ESA ha elaborado un mapa que muestra...
MAPA DEL CAMPO MAGNÉTICO. La ESA ha elaborado un mapa que muestra cómo es ahora el campo magnético que envuelve a la Tierra, y cuya intensidad varía según la región. La unidad de medida es el nanotesla (nT) y el máximo que muestra el mapa es 60.000 nT. En rojo se indican las áreas del planeta en las que el escudo protector es más intenso, mientras que en azul se muestra la que menor protección tiene, conocida como Anomalía del Atlántico Sur. Allí se registran casi todos los problemas técnicos con satélites.
«Todavía no tenemos conclusiones porque estamos al principio de la misión, pero ya tenemos resultados emocionantes», asegura Nils Olsen, investigador de la misión Swarm, que está previsto que dure cuatro años.
«Es cierto que los satélites llevan trabajando pocos meses, pero ya tenemos datos muy buenos y queríamos mostrarlos a la comunidad científica en cuanto estuvieran disponibles. Estamos mirando al interior de la Tierra, pero también miramos lo que ocurre en la atmósfera, acumulando muchos datos. La actividad solar es muy baja en estos momentos y eso está ayudando», relata Roger Haagmans, jefe de las misiones científicas para el estudio de la superficie y el interior de la Tierra de la ESA.
«No nos han sorprendido especialmente estos resultados. Pero sí ha sido una sorpresa ver que al sureste de África el campo magnético se ha reforzado», explica Nils Olsen, investigador de la Universidad Técnica de Dinamarca y especialista en geomagnetismo.
«Es asombroso que en un periodo tan corto de tiempo hayamos podido ver ya claramente cambios en el campo magnético de la Tierra, especialmente esa anomalía detectada al sur de la India. Es algo que no habíamos visto antes», señalaRoger Haagmans. «A corto plazo, se trata de un cambio significativo», añade.
EVOLUCIÓN EN SEIS MESES. El mapa, elaborado con los primeros datos de...
EVOLUCIÓN EN SEIS MESES. El mapa, elaborado con los primeros datos de los satélites 'Swarm', muestra los cambios registrados en el campo magnético de la Tierra en los últimos seis meses. La gama de azules indica las áreas en las que el campo magnético se ha debilitado. En blanco, las regiones en las que no detectaron variaciones. En amarillo, rojo y fucsia se representan las regiones en las que el campo magnético se ha reforzado. Se ha intensificado más al sureste de África y al sur de la India.
¿Supone algún peligro para la Tierra ese debilitamiento del campo magnético? «En el Atlántico Sur, especialmente en América del Sur, el campo magnético es mínimo y el impacto es mayor. Vemos cómo cuando los satélites viajan por esa región hay mayor riesgo de que sufran una anomalía, por eso es importante saber cómo evoluciona el campo magnético con el paso del tiempo, saber si se mueve o si se intensifica. Porque los modelos que tenemos tienen que actualizarse cada cierto tiempo», afirma Olsen.
Esa región del planeta en la que el campo magnético es especialmente débil (su intensidad es la mitad que en Europa) y, por tanto, la radiación solar es más fuerte, ha sido bautizada como Anomalía del Atlántico Sur. La mayor parte de los problemas técnicos que sufren los satélites, más del 90%, ocurren cuando atraviesan esa zona.
El nanotesla (nT) es la unidad utilizada por los científicos para medir la intensidad del campo magnético. El máximo es 60.000 nanoteslas, que es la cifra registrada en las zona del planeta en las que el escudo protector es más robusto, como se aprecia en el mapa.

Inversión de los polos magnéticos

Muchos científicos creen que ese debilitamiento del campo magnético detectado en el último siglo podría ser un precursor de la inversión de los polos magnéticos que, según sostienen, podría ocurrir pronto. Se trata de un proceso natural que se ha producido varias veces a lo largo de los últimos 200 millones de años, aunque los sedimentos marinos muestran que no se suceden de forma regular. La última reversión geomagnética ocurrió hace 780.000 años, aunque las inmediatamente anteriores de las que se tiene constancia se produjeron hace 900.000 años y hace 1.060.000 años respectivamente. Es decir, hubo tres inversiones de los polos relativamente rápidas, entre las que transcurrieron menos de 200.000 años, y después ha habido un larguísimo periodo sin que volviera a producirse: «La inversión de los polos magnéticos podría ocurrir en cualquier momento», afirma Roger Haagmans, que aclara, no obstante, que «no es un proceso que se detecte de un día para otro, necesitas cientos o miles de años».
¿Y cómo pueden saber cuándo se ha producido? La principal prueba está en los sedimentos minerales que hay en lecho marino. Según explica la Agencia Espacial Europea, a medida que se forma la corteza en las dorsales oceánicas, las partículas de hierro disueltas en el magma volcánico que va emergiendo desde el interior de la Tierra actúan como imán, alineándose con el campo magnético que haya en ese momento. Cuando el material se enfría y la roca se solidifica, esas partículas preservan la orientación que tenían en ese momento, como si fueran una huella.
Los datos de Swarm servirán para actualizar en 2015 el modelo IGRF (International Geomagnetic Reference Field), creado en 1968 para describir cómo es el campo magnético terrestre y sus variaciones a partir de los datos recabados por satélites y observatorios terrestres de todo el mundo. Esta descripción del campo magnético se actualiza cada cinco años y se utiliza, entre otros usos, como referencia para los sistemas de navegación.
A pesar de que los científicos consideran que esa inversión de los polos magnéticos que ocurre cada cientos de miles de años no tendrá consecuencias para la Tierra, se cree que ciertas aves o especies como los tiburones usan el campo magnético para orientarse y navegar. Según admite Roger Haagmans, no saben si esa reversión de los polos magnéticos podría llegar a afectarles de algún modo.
La misión 'Swarm' está integrada por tres satélites de observación...
La misión 'Swarm' está integrada por tres satélites de observación terrestre idénticos que recogen las señales mangéticas. Uno orbita a 530 km. de altura y los otros dos a 460 km. 
Más vulnerables somos a los efectos de las partículas emitidas por el Sol cuando traspasan esa barrera protectora que representa el campo magnético. Las auroras son la expresión más visible de la interacción entre el astro rey y la Tierra, aunque sus efectos también pueden causar problemas. Como recuerda Volker Liebig, director del programa de Observación de la Tierra de la ESA, en ocasiones la radiación solar traspasa ese escudo escudo protector y llega a la Tierra, con la capacidad de causar daños a los sistemas eléctricos. Ya ocurrió en Canadá en 1989. Una fuerte tormenta geomagnética provocó un apagón en la provincia de Quebec. La aurora que se generó fue vista incluso en latitudes tan bajas como Florida (EEUU) y Cuba.
A mediados del siglo XIX, se registró la que se considera la tormenta geomagnética más grave que ha ocurrido. Dejó fuera de servicio al sistema de telégrafos de todo el mundo, que era el único modo de comunicación en aquella época.
«Canadá ha mejorado toda su red, de modo que si hay un fallo en un lugar pueda aislarse y no afecte a una zona muy amplia», afirma Roger Haagmans, que anima a los países a «aprender de la experiencia canadiense» invirtiendo dinero para reforzar sus sistemas e intentar prevenir así los efectos de una tormenta magnética antes de que ocurra.
El pasado 8 de abril los satélites Swarm registraron una tormenta geomagnética que afortunadamente y, como ocurre en la mayor parte de las ocasiones, no tuvo consecuencias negativas para la Tierra.
Con los datos de Swarm, los científicos también han podido comprobar cómo el polo norte magnético está desplazándose hacia el norte, hacia Siberia, por lo que creen que en unos años coincidirá con el polo norte geográfico. «Sólo sabemos que se mueve hacia el norte, como ha estado haciendo durante los últimos cien años, pero más rápido. La media era de 10-20 kilómetros al año pero en 2013 se desplazó a una velocidad anual de 50-60 km.» afirma Olsen. «Curiosamente el polo sur magnético no se desplaza tan rápido. No sabemos por qué. Lo que sí sabemos es que este proceso tiene su origen en el interior de la Tierra, a 3.000 kilómetros de profundidad».
Las tormentas solares pueden afectar a los sistemas de comunicaciones
Las tormentas solares pueden afectar a los sistemas de comunicaciones
El campo magnético terrestre sigue siendo un gran misterio, a pesar de que son muchos los científicos que a lo largo de la Historia han intentado entender qué es y cómo funciona. En el siglo XIII, Petrus Peregrinus fue uno de los primeros en investigarlo. En los siglos siguientes fueron importantes las contribuciones de William Gilbert, Henry Gellibrand, Michael Faraday, que sentó las bases físicas de este proceso, Carl Friedrich Gauss o Joseph Larmor.
Los instrumentos de medición colocados en diversos puntos del globo llevan décadas midiendo el campo magnético y constatando los cambios que se producen, pero al estar en tierra, los magnetómetros no eran capaces de detectar, por ejemplo, la Anomalía del Atlántico Sur. Por ello, las misiones espaciales han supuesto un gran avance en el estudio de este proceso. La NASA envió la primera en 1979. Magsat, como fue bautizada, realizó un mapa del campo magnético. Dinamarca, en 1999 y Alemania, en 2000, hicieron otras dos misiones centradas en el magnetismo. También ese año la Agencia Espacial Europea lanzó Cluster, cuyos resultados se complementarán con los de Swarm.
«Queremos mejorar el procesado de datos», dice Nils Olsen. Para lograrlo, los científicos trabajan conjuntamente con los ingenieros que desarrollan el software y los procesos necesarios para traducir las mediciones recabadas por los satélites (datos brutos) en información útil, con la que realizan estudios y elaboran sus mapas. De esa área se encarga María-José Brazal, una de las asistentes al congreso de Copenhague. Física de formación, trabaja para la empresa GMV y está involucrada en Swarm desde su origen, en 2008. Desde el año pasado trabaja en Polonia y es la jefa del grupo que ha hecho algunos de los procesadores de datos operacionales. Se trata de un proceso complejo que se divide en varios niveles. Según van pasando por ellos, los datos se van puliendo y afinando más.
«Queremos conseguir un buen modelo para del campo magnético para predecir cómo se va a comportar el núcleo terrestre a largo plazo, predecir el futuro. Lo cual no quiere decir que ya no vayamos a necesitar más datos. Porque el modelo puede estar mal y puede ocurrir un fenómeno físico que no esperabas. Siempre es necesario comprobar los datos cada cierto tiempo», dice Haagmans. «Creo que con Swarm podemos hacer muchos progresos para comprender estos rápidos y pequeños cambios que se están produciendo. Pero no tendremos la respuesta definitiva».

TORMENTAS SOLARES

Las bellas auroras que de vez en cuando pueden disfrutarse en cielos de las regiones cercanas a los polos son la expresión más visible de la interacción entre el Sol y la Tierra. La que se produce en el Hemisferio norte se llama aurora boreal y la que se da en el Sur, aurora austral. Ambas se originan cuando una eyección solar choca con la magnetósfera terrestre. Pero las erupciones que se producen en la superficie del Sol provocan llamaradas cuyas partículas pueden resultar peligrosas cuando traspasan el campo magnético de la Tierra y generan las llamadas tormentas magnéticas, que pueden afectar a los sistemas de telecomunicaciones y de suministro eléctrico, como ocurrió en Quebec (Canadá) en 1989, generando un gran apagón que afectó a seis millones de usuarios, y en 1859, cuando dejó fuera de servicio el sistema mundial de telégrafos. No obstante, hasta ahora estos incidentes han sido muy poco frecuentes y no suponen un riesgo para las personas. Como medida de precaución, en ocasiones se han desviado rutas aéreas en regiones cercanas a los polos. Los científicos de las agencias espaciales siguen de forma permanente la actividad solar utilizando los datos recabados por observatorios espaciales como SOHO.



























































































































































































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