CARTOGRAFA AMBIENTAL Licenciatura en Biologa. Especialidad en Biologa de la Conservacin

Geomagnetismo y Cartografa: la Declinacin Magntica 1 1. Introduccin Una de las propiedades fsicas de la Tierra que interesa a la Cartografa es su magnetismo (Geomagnetismo). Y es que la Tierra se comporta como un gigantesco imn cuyo eje sigue la lnea que une los polos magnticos norte y sur. Ambos puntos no coinciden con los polos geogrficos, por lo que segn la localizacin en que nos encontremos, variar el ngulo que forma la alineacin de la aguja imantada de una brjula con la vertical al polo geogrfico, dando lugar al fenmeno de la Declinacin Magntica. Su conocimiento es fundamental, por tanto, para la navegacin martima y area, debindose confeccionar mapas magnticos (isognicos2, isodinmicos3 e isclinos4) para resolver los problemas de direccin sobre el globo que se crean. Pero, en los desplazamientos terrestres, en itinerarios a pie, o cuando una persona se quiere orientar en el campo respecto a los puntos cardinales es tambin imprescindible conocer esa declinacin. Igualmente, el magnetismo terrestre se orienta con diferente Inclinacin con respecto a la horizontal, lo que nos indica la existencia de otro foco magntico en el interior de la Tierra. Expresado de una manera vulgar pero sencilla, es como si a su vez la aguja de la brjula tendiera a inclinarse hacia el suelo con un ngulo determinado. Por otro lado, la fuerza magntica, en los diferentes puntos de la superficie terrestre, no se manifiesta con la misma intensidad, sufriendo alteraciones ligeras tanto en la inclinacin como en la declinacin, debido al magnetismo propio de masas de rocas subyacentes. Esta es la razn por la cual las lneas magnticas que se dibujaran en un mapa siguiendo los puntos de igual declinacin o inclinacin (isgonas e isoclinas) apareceran con trazados sinuosos, cuando aparentemente no debiera ser as.

1 Este documento tiene fines docentes. Ha sido elaborado a partir de diversas fuentes que se resean al final, empleando en muchas ocasiones extractos e ilustraciones de las mismas. stos han sido seleccionados, compuestos y estructurados, aadiendo entre ellos comentarios y efectuando una ordenacin de ideas con objeto de facilitar la adecuada comprensin de los contenidos en relacin con los fines cartogrficos y ambientales de la asignatura. 2 Las isgonas son las lneas que unen los puntos con el mismo valor de la declinacin magntica, siendo agnicas aquellas que marcan la ausencia de declinacin y, por tanto, no debe corregirse la indicacin de la brjula. 3 Los que indican por medio de isolneas los puntos en donde la variacin de la declinacin magntica es la misma. A esas isolneas tambin se les llama isporas. 4 Los que indican el valor de la Inclinacin Magntica.

Fuente: http://ourworld.compuserve.com/homepages/dp5/declination1.gif

Mapa de Declinaciones Magnticas (ISGONAS 2005,0). Fuente: Ministerio de Fomento

http://www.fomento.es/MFOM/LANG_CASTELLANO/DIRECCIONES_GENERALES/INSTITUTO_GEOGRAFICO/Geofisica/

Geomagnetismo/cartografia_magnetica/map_decli_2005_0.htm

Adems, el geomagnetismo es variable en el tiempo y, por tanto, la localizacin de esos polos magnticos cambia, as como el valor de esa declinacin. Los cambios varan accidentalmente, debido a tormentas magnticas del Sol; tambin, diariamente, por efecto de la electrizacin de la Ionosfera, que se modifica del da a la noche. Pero, las variaciones ms importantes son las de carcter secular, cuyas causas son an controvertidas, aunque s percibimos y sabemos sus efectos: - Paulatina deriva o desplazamiento de los polos magnticos. As, por ejemplo, el

Polo Norte Magntico (PNM) estaba a 78,6 N - 70,1 W, en 1945; mientras que en 1955 se haba desplazado a 73,5 N 100 W.

- Cambio o inversin de la polaridad. En periodos muy largos (de millones de aos) se han constatado por el magnetismo fsil (o paleomagnetismo) no menos de 100 cambios en esa polaridad.

2. Breve resea histrica La existencia del campo magntico de la Tierra es conocida desde muy antiguo por sus aplicaciones a la navegacin mediante la brjula. El uso de sta aparece por primera vez en Occidente hacia el S. XII, aunque es posible que en China se conociera algunos siglos antes y que all ya la emplearan para orientarse. El primer documento escrito que la menciona es el de Alejandro Neckam, monje de S. Albano, en 1187. La declinacin magntica y su variacin de un lugar a otro fue observada por los navegantes, en especial espaoles y portugueses, de los S. XV y XVI, y se encuentra ya descrita con detalle en una obra de Martn Corts, publicada en 1551, en la que se distinguen los polos magnticos de los geogrficos. De hecho, la brjula empez a considerarse indispensable para la navegacin slo a partir de finales del S. XV, cuando a raz de los descubrimientos de Cristbal Coln, comenz la era de las grandes exploraciones. El descubrimiento de la inclinacin fue obra de R. Norman, que describi este fenmeno en un opsculo publicado en Londres, en 1576. En 1600 aparece la obra de W. Gilbert (1540-1603), titulada De magnete, que es considerada el primer tratado de magnetismo, aunque en ella se refiera a un trabajo anterior titulado Epistola de magnete de Pedro Peregrino de Picardy, del S. XIII (1269), en las que hablaba de las propiedades del imn. Gilbert describe sus experimentos con una esfera de magnetita que construy como modelo de las propiedades magnticas de la Tierra, y afirma por primera vez que el globo de la Tierra es un inmenso imn. En los S. XVII y XVIII se desarrollan los principios fundamentales del geomagnetismo. Al respecto conviene destacar a H. Gellibrand, quien observa en 1635 la variacin del campo magntico; a E. Halley (1656-1742), que publica entre 1698 y 1700 los primeros mapas magnticos5; y a Poisson (1781-1840), que defini el concepto de dipolo y la

5 Precisamente, la confeccin de estos mapas donde mostraba la distribucin, tal y como se conocan entonces, de las variaciones de la brjula, la hizo uniendo puntos de igual variacin o declinacin con lneas. Estas lneas halleyanas (llamadas posteriormente isognicas), o lneas de curva como las llam su autor, condujeron a la masiva utilizacin de isolneas similares en otras muchas aplicaciones temticas de la Cartografa, siendo el origen de la implantacin de esta tcnica de representacin.

intensidad de magnetizacin, contribuyendo a la teora general del potencial y su aplicacin al campo magntico. W.F. Gauss (1777-1855) establece el primer observatorio propiamente geomagntico en 1832, en Gttingen (Suecia), y publica su obra sobre el magnetismo terrestre en 1839. La primera cartografa magntica de Espaa se remonta a 1858. Fue realizada por el Dr. Lamont de la Universidad Luis-Maximiliano de Baviera. A partir de 1924 el Instituto Geogrfico Nacional (I.G.N.) comienza a publicar mapas magnticos de Espaa, en 1939, 1960 y 1975 (publicaciones histricas). A continuacin de este ltimo se publican, segn recomendaciones de la I.A.G.A (International Association Geomagnetism and Aeronomy), cada cinco aos en el caso de la declinacin y cada diez para el resto de las componentes, siendo los ltimos en ser publicados los correspondientes a 2005. En 1987 son publicados los primeros mapas aeromagnticos de Espaa peninsular y en 1995 el del archipilago canario. Para poder representar mediante curvas isomagnticas el valor del campo magntico terrestre de una determinada zona (valores medios correspondientes a una poca o momento), es necesario el densificar el nmero de estaciones en las cuales se realiza la observacin de las componentes magnticas necesarias. Estos levantamientos pueden efectuarse a partir de estaciones en tierra (puntos de mapa) o realizando un vuelo aeromagntico (www.ign.es). 3. Fundamentos fsicos El campo magntico terrestre es en su mayor parte de origen interno (campo magntico interno), sin embargo existe tambin un campo externo producido fuera de la Tierra (campo magntico externo), principalmente por la actividad del Sol, que se manifiesta en variaciones cortas en el tiempo. Las estructuras externas forman la Magnetosfera, de dimensiones de aproximadamente entre 10 y 100 radios terrestres; y la Ionosfera, ms cercana, entre 50 u 500 km de altitud. En estos tiempos modernos de observaciones desde satlites artificiales, el estudio de este campo magntico externo ha recibido un gran impulso, obtenindose medidas directas de la estructura del campo magntico externo. La Ionosfera o capa ionizada de la atmsfera implica la existencia de una capa de partculas con carga elctrica. A su vez, se puede dividir en una serie de capas ionizadas a distintas alturas, entre 60 y 500 km, de las que las ms importantes son cuatro6. En su totalidad es neutra elctricamente. Las caractersticas del campo magntico se obtienen a travs de la medicin de los siguientes elementos del campo: - La Declinacin. Se define como el ngulo que una aguja imantada que puede girar libremente alrededor de un eje vertical forma con el meridiano geogrfico que pasa por el lugar de medicin. 6 D (60-85 km), con iones positivos, en su mayora NO+, y negativos: electrones y algn tipo de iones negativos. E (85-140 km) y F1 (140-200 km), con iones positivos NO+ y O+. Y F2 (200-500 km) slamente con O+. En las tres capas ltimas, las partculas negativas casi en su totalidad son electrones libres.

- La Inclinacin. Corresponde al ngulo que una aguja imantada que puede girar libremente alrededor de un eje horizontal forma con el plano del horizonte. - La intensidad del campo. 4. Causas del magnetismo terrestre interno Como se dijo ante, la cuestin es controvertida. Una de las primeras teoras sobre el origen del magnetismo es la imanacin de la Tierra por magnetizacin permanente, aunque no se saba por qu sta es siempre en el mismo sentido y por qu el eje del dipolo resultante coincide, aproximadamente, con el de rotacin terrestre. Por ello, de algn modo, se pensaba que los procesos generadores del campo magntico deben estar relacionados con la rotacin de la Tierra. Despus, otras teoras se basaron en rotacin de cargas elctricas, que supona la existencia de corrientes elctricas en la Tierra de intensidad muy elevada. Pero, todas estas teoras han sido actualmente abandonadas por las que postulan la existencia en el ncleo de la Tierra de fenmenos semejantes a los de una dinamo autoexcitada o autoinducida que daran lugar al campo magntico terrestre. Varios indicios geofsicos sobre la existencia de un ncleo terrestre de naturaleza fluida y alta densidad, compuesto casi en su totalidad de hierro, sirven de base a las teoras que ponen el origen de este campo en procesos dinmicos en su interior. El movimiento de circulacin de material conductor en presencia de un campo magntico genera corrientes elctricas que, a su vez, realimentan el campo inductor. En el caso de la Tierra, este movimiento afecta al material fluido del ncleo. Las variaciones temporales se deben, segn la mayora de los autores, a las corrientes de conveccin en la superficie del ncleo. Estas corrientes ascendentes o descendentes se distribuyen sobre la superficie del ncleo y su variacin y la interaccin de estas variaciones de flujo con las lneas de fuerza del campo magntico daran origen a los cambios del campo residual. 5. El Campo Magntico Terrestre El campo magntico que se observa en la figura tiene dos orgenes, uno interno y otro externo. El campo interno es semejante al producido por un dipolo magntico situado en el centro de la Tierra con una inclinacin de 10,5 respecto al eje de rotacin. Los polos geomagnticos son los puntos en los que el eje del dipolo intersecta a la superficie terrestre, y el ecuador magntico es el plano perpendicular a dicho eje. Esta componente presenta una variacin secular en el tiempo, que al ser acumulativa en grandes perodos de tiempo se ha podido observar en algunos puntos. La componente de origen externo es debida principalmente a la actividad del Sol sobre la ionosfera y magnetosfera, siendo la ms importante la variacin diaria con perodo de 24 horas. Otras variaciones de origen externo son: la lunar, undecenal, pulsaciones magnticas, tormentas magnticas, bahas, efectos cromosfricos, etc (extractado de http://www.ign.es).

Fuente: http://www.fomento.es/MFOM/LANG_CASTELLANO/DIRECCIONES_GENERALES/INSTITUTO_GEOGRAFICO/Geofisica/Geomagnetismo/campomag.htm El campo magntico terrestre es una magnitud de carcter vectorial, por lo que para estudiar sus componentes se toma como referencia en un punto de la superficie de la Tierra un sistema trirrectangular de ejes vertical, N-S y E-O. De esta forma, la intensidad del campo (F) y sus proyecciones horizontal (H) y vertical (Z) estn relacionadas a travs de los ngulos de declinacin (D), que forma H con el norte geogrfico, y de inclinacin magntica (I), que forman F y H. As, para expresar el campo magntico en un punto bastan las tres cantidades F, I, D (extractado de http://www.ign.es).

Fuente: http://www.fomento.es/MFOM/LANG_CASTELLANO/DIRECCIONES_GENERALES/INSTITUTO_GEOGRAFICO/Geofisica/Geomagnetismo/campomag.htm

6. Variacin del magnetismo terrestre en el tiempo El campo magntico terrestre vara con el tiempo, siendo sus variaciones ms importantes las siguientes: - La variacin secular de los componentes, con un valor aproximado de algunas decenas de nT7 al ao y que en algunos sitios alcanza hasta 150 nT/ao y de hasta 6 a 10 minutos/ao para la declinacin e inclinacin. Esta variacin est relacionada con los procesos que dan origen al campo magntico interno de la Tierra. Slo son apreciables en periodos largos de tiempo, al comparar valores medios anuales durante varios aos - Las variaciones peridicas, con periodos de doce horas, un da, veintisiete das, seis meses y un ao, originadas por el campo magntico externo, que pueden llegar a tener valores de hasta 100 nT. Se aprecian mejor en los das tranquilos, es decir, en los que las perturbaciones de la actividad solar son pequeas. Dependen de la influencia continua del Sol y de la Luna, por lo que su periodicidad est relacionada con los periodos de las rbitas de estos astros y de la rotacin de la Tierra. Igualmente, influyen los periodos asociados a la actividad de las manchas solares y de la rotacin del Sol:

Variaciones diarias. En los das tranquilos, no perturbados, se da una variacin que depende del tiempo solar local (variacin solar tranquila): dura un da solar, predominantemente, teniendo un mximo positivo o negativo a las doce horas. Tiene componente, sobre todo, horizontal, pero tambin vertical. Las variaciones en el ngulo de declinacin oscilan entre dos y cuatro minutos de arco. Se suelen determinar a partir de valores medios observados en das excepcionalmente tranquilos. Depende tambin de la latitud y de la poca del ao.

- Las variaciones no peridicas, llamadas tormentas magnticas8, con intensidades de hasta 500 nT, tambin producidas por efectos externos (campo magntico externo). Su origen se debe a la interaccin de las partculas emitidas de forma continua y, en especial, en las erupciones solares con el campo magntico terrestre. Estas partculas viajan con velocidades supersnicas, de unos 400 km/s, y llegan a la Tierra despus de unas veinte a cuarenta horas de su emisin y su interaccin con el campo magntico terrestre da lugar a la Magnetosfera. La relacin con la actividad solar queda demostrada por la correlacin de estas perturbaciones con el ciclo de las manchas solares. Adems, se manifiesta por la correspondencia entre grandes tormentas y erupciones prominentes del Sol y su repeticin despus de veinticinco o veintisiete das, coincidiendo con el tiempo de rotacin de su superficie. Pero, estas partculas no slo son emitidas por el Sol en las erupciones, sino que existe una continua actividad de emisin de partculas que constituye un verdadero viento o plasma solar.

7 La unidad de medida del campo magntico en el SI es la tesla (T), que equivale a 1 kgs-2A-1. 8 Denominacin asignada por vez primera por Alexander Von Humboldt (1769-1859), quien adems confirm que su comienzo es prcticamente simultneo en todas las partes de la Tierra.

- Las pulsaciones magnticas o variaciones de periodo muy corto y pequea amplitud. Se deben a otras perturbaciones de periodos menores a diez minutos (en general entre dos y diez segundos), relacionadas con la actividad solar. Adems de estas variaciones, los datos del Paleomagnetismo indican que el campo magntico terrestre ha sufrido cambios continuos de intensidad e inversiones de polaridad a lo largo de las pocas geolgicas. Al mismo tiempo, es posible que haya existido una verdadera migracin de los polos geomagnticos. Sin embargo, para pocas recientes, la orientacin del dipolo magntico, tomando su valor medio sobre decenas de miles de aos, coincide sensiblemente con el del eje de rotacin. De la misma manera que se construyen mapas de los componentes del campo magntico terrestre, tambin se hace lo mismo con sus variaciones, lo que permite extrapolar los mapas de un ao para otro. 7. Referencias Cartogrficas a la Declinacin Magntica y explicaciones bsicas en relacin con la Cartografa, la Orientacin y la Direccin En la Cartografa oficial espaola, se incluyen referencias a la declinacin como informacin de apoyo en las propias hojas del Mapa Topogrfico Nacional. Inicialmente, slo se indicaban en los mapas militares (S.G.E.) a escala 1:50.000. Pero, posteriormente, el I.G.N. ha incorporado esta informacin en los mapas a escala 1:25.000 y en las nuevas ediciones del 1:50.000 aparecidas a partir del S. XXI. Esta informacin, acompaada de un croquis grfico (que incluye tambin el ngulo de convergencia de cuadrcula), est referida al centro de cada hoja y consiste en: - Valor medio de la declinacin para una fecha dada (). - Variacin anual de la declinacin.

Un caso de Presentacin de los datos sobre Declinacin Magntica en una Mapa Militar 1:50.000 del S.G.E.

Las explicaciones bsicas de la Declinacin en relacin con la Cartografa y la orientacin, as como la Convergencia de Cuadrcula estn oportunamente expuestas en un documento que Gabriel Ortiz facilita desde Internet. Bsquese en: http://www.gabrielortiz.com/ 8. Fuentes de las que emanan los extractos e ilustraciones empleados Estado Mayor del Ejrcito (1985): Manual. Topografa y lectura de planos. Madrid.

Servicio Geogrfico del Ejrcito. Segunda edicin. Gasparini, P. (1997): Geomagnetismo y electromagnetismo. Ciencias de la Naturaleza.

Barcelona. Planeta. Vol. 12: 240-248. Puyol, R. -Coord.- et al. (1986): Diccionario de Geografa. Anaya. Madrid. Robinson, A.H.; R.D. Sale, J.L. Morrison y Ph.C. Muehrcke (1987): Elementos de

Cartografa. Barcelona. Omega. Strahler, A.N. (1981): Geografa fsica. Barcelona. Omega. Udas, A. y J. Mezcua (1997): Fundamentos de Geofsica. Madrid. Alianza Editorial. http://www.fomento.es/MFOM/LANG_CASTELLANO/DIRECCIONES_GENERALES/INSTITUTO_GEOGRAFICO/Geofisica/Geomagnetismo/campomag.htm http://www.fomento.es/MFOM/LANG_CASTELLANO/DIRECCIONES_GENERALES/INSTITUTO_GEOGRAFICO/Geofisica/Geomagnetismo/cartografia_magnetica/map_decli_2005_0.htm

http://ourworld.compuserve.com/homepages/dp5/declination1.gif 9. Fuentes de Consulta Recomendada

http://www.gabrielortiz.com/