PALEOMAGNETISMO: INVERSION DE LOS POLOS MAGNETICOS EN TIEMPOS

GEOLOGICOSGEOLOGICOSMSc. Karla Ubieta Huete

marzo, 2010“La nación que controle el magnetismo controlará el universo”

Dick Tracy - 1935

GEOMAGNÉTISMODescripción del campo magnético terrestre

Las líneas de flujo tienen trayectoria curva: salen del polo N magnético actual y entran al polo S magnético actual

Polos magnéticos no coincidencon polos geográficos � ángulode declinación magnética

Aunque los polos magnéticos semantienen estáticos un tiempo, no así elecuador magnético, que cambialentamente

El campo magnético terrestrees dipolar, aunque irregular ycambiante

El campo magnético varíacon el tiempo enintensidad y orientación

La intensidad estádisminuyendoprogresivamente

Migraciones de los polos einversiones de la polaridad

Muchas variacioneslocales frente a losvalores esperados

En el polo Norte una aguja imantada permanecerá vertical, en el ecuador, horizontal

Origen del campo magnético terrestre

El campo magnético se origina a partir del campo eléctrico producido por corrientesde convección en el núcleo externo líquido, a su vez causadas por fuentes de calordiversas.

Calor proveniente de laconcentración demateriales en el núcleointerno

Calor provenientede ladesintegración deelementosradiactivos

El campo magnético así generado, produce un campo eléctrico queretroalimenta el proceso

Calor proveniente de lasrotaciones diferenciales yel rozamiento asociado

Las irregularidades en el campo dipolar se producen por turbulencias en losmovimientos convectivos del núcleo externo

Turbulencias debidas a larotación diferencial entrenúcleo externo, núcleointerno y manto

Turbulenciasdebidas a larotación del planeta

Para que un planeta tenga un campo magnético necesita materialconductor y fluido en su interior.

Campo magnético fuerte: Saturno, Júpiter, Tierra

Campo magnético débil: Venus (rotación lenta), Martes (núcleo frioy viscoso),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 esla existencia de hierro fundido a altastemperaturas en el núcleo externo y larotación terrestre, que orienta el flujomaterial.

�Las corrientes convectivas producto delgradiente de temperatura, producencorrientes eléctricas, las cuales dan lugar acampos magnéticos.

� Dinamo terrestre autoinducida, explicatambién la variación del campo magnético enel tiempo.

Migración Polar

CAMPO MAGNÉTICO EXTERNO

•Formado por la ionosfera y la magnetosfera.

•Debido a la presencia del sol, se genera laionosfera y la deformación dela magnetosfera.

•El sol genera un campo magnético, debido a•El sol genera un campo magnético, debido adinamo autoinducido, pero es mas inestable en eltiempo que el campo terrestre.

•Ionosfera se forma por la fotoionización de laspartículas. En este proceso la radiación solar esabsorbida dejando un ion positivo y otro negativo.La ionosfera en su totalidad es neutra. Reflejanlas ondas de radio.

VARIACIONES GEOMAGNÉTICAS

RÁPIDAS�Medidas en días y Horas, influenciadas por laactividad solar.

�Variación diurna. Máximo a las doce horas delmediodía. Variación de 30 .γ

�Tormentas magnéticas. Grandesperturbaciones del campo magnético debido a las erupcionessolares con duraciones de uno odos días y amplitudes de mas de500 γ.

Estructura de laMagnetosfera�La interacción del campo magnético con elviento solar produce una deformación de laslíneas de fuerza del campo magnético terrestre.

�El campo se comprime en la dirección frontalhacia el sol y se alarga en la dirección opuesta.El campo magnético queda anulado fuera decierta región, en la que queda confinado. Así seproduce el limite del campo magnético terrestrellamado magnetopausa.

Importancia de la magnetosfera• La ausencia de un campo magnéticoterrestre permitiría la incidenciadirecta de todas las radiacionessolares sobre la Tierra, con efectosnocivos para la vida.

•La influencia de la actividad solar en

• Estas tormentas afectan el normaldesarrollo de las ondas de radio ytelecomunicaciones.

• El ciclo de manchas solares serepite aproximadamente cada once

•La influencia de la actividad solar enlos fenómenos relacionados con elcampo magnético es muy grande.

• Las manchas solares o erupciones enla atmósfera solar aumentaenormemente el numero de partículasemitidas, produciendo tormentasmagnéticas.

repite aproximadamente cada onceaños.

ELEMENTOS DEL CAMPO MAGNETICO

Las relaciones matemáticas entre los elementos magnéticos

son:H = F sen I,X = H cos D,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 Intensidaddel Campo Magnético terrestre.

http://www.gemsys.ca/PDFDocs/MM3_GEM_Brief_Review_of_Quantum_Magneto 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 otrasépocas.

�Reversión geomagnética, descensoprolongado seguido de una recuperaciónrápida.prolongado seguido de una recuperaciónrápida.

�Frecuencia de 1 a 5 reversiones cadamillón de años.

�Ultima reversión 780.000 años.(4000-5000).

�Teoría de dinamo, movimientoscaóticos del metal liquido.

Reversión geomagnética y cambio polar

La reversión geomagnética es el cambio del campomagnético de la Tierra, donde el polo norte magnéticose desplaza hacia la región del polo sur y el polomagnético sur se desplaza hacia la región del polonorte.

El cambio polar es considerado un evento menos probableque ocurre unas pocas veces en la escala de tiempoevolutivo del Sistema Solar.

Hay un par de ejemplos de planetas que han sufrido uncambio polar catastrófico:Venus (que gira en una dirección opuesta a todos losdemás planetas) fue volteado al revés por algún enormedemás planetas) fue volteado al revés por algún enormeevento, como una colisión planetaria.

Urano que gira de lado, porque fue sacado fuera del ejepor un impacto, o algún efecto gravitatorio causado porJúpiter y Saturno.

TEORIA DE LA INVERSION DEL CAMPO

La teoría de inversión del campo magnético sostiene que elcampo magnético principal de la Tierra ha invertido supolaridad en varias ocasiones durante el pasado geológico.

La base observacional de esta teoría consiste en lasmediciones del magnetismo remanente de las rocas. Enmediciones del magnetismo remanente de las rocas. Enrocas antiguas, menores de 30 m.a, la dirección demagnetización remanente es casi invariable y se encuentraen uno de dos grupos: uno de los grupos, denominadonormal y el segundo grupo invertido que consiste dedirecciones contrarias al referido grupo normal.

• Relación entre B y H

– Vacío

– Medio

)(0

MHBT

rrr+= µ

0

0

µ

BH

rr

=

µT

BH

rr

= )1(0 mχµµ +=

0

0

µ

BH

rr

=

• Otras relaciones

µ)1(

mrχµ +=

0BBrT

rrµ= HM

m

rrχ= 0

BBmm

rrχ=

Ciclo de Histéresis• Un material ferromagnético recuerda su

historia

Saturación�alineación de

dominiosM

Magnetización

Curva de magnetización no

lineal

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

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

Medición del paleomagnetismo en arcillas

Las inversiones de la polaridad y su reflejo como magnetismo remanente en rocas con minerales ferromagnéticos formadas en la época

Líneas deflujo delcampomagnéticoen elmomentodeformaciónde la roca

Paleomagnetismo

Erupciones volcánicas en diferentes épocas

Líneas de flujo del campo magnético en función de ubicación de los polos

Paleomagnetismo

Inversiones de la polaridad magnética en los últimos 5 m. a.

Comprobación de lasinversiones de la polaridad enlos fondos oceánicos cercanosa las dorsales

Posición actual

Los números

representan las

posiciones hace

millones de años

1100 ma 1800 ma

250 ma

Migración de los

polos magnéticos

550 ma

1660 ma 1450 ma

2150 ma

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. El contactomanto- núcleo es evidente donde la estructura se vuelve compleja.

Simulación durante Cambios en la polaridad

El proceso de inversión dela polaridad transcurre enunos 2000 años

With a year of computing on Pittsburgh's CRAY C90, 2,000 hours ofprocessing, Glatzmaier and collaborator Paul Roberts of UCLA took a bigstep toward some answers. Their numerical model of the electromagnetic,fluid dynamical processes of Earth's interior reproduced key features ofthe magnetic field over more than 40,000 years of simulated time. To top itoff, the computer-generated field reversed itself."We weren't expecting it," says Roberts, "and were delighted. Thisgives us confidence we've built a credible bridge between theory and thepaleomagnetic data." Their surprising results, reported as a cover story inNature (Sept. 21, 1995), provide an inner-Earth view of geomagneticphenomena that have not been observed or anticipated by theory.Furthermore, the Glatzmaier-Roberts model offers, for the first time, aphenomena that have not been observed or anticipated by theory.Furthermore, the Glatzmaier-Roberts model offers, for the first time, acoherent explanation of magnetic field reversal.The Glatzmaier-Roberts computational model may be the next best thing to aguided tour of inner Earth. While other models have given good clues thattheory is on track, they have been limited by a two-dimensional approach thatrequired simplifying assumptions. Roberts and Glatzmaier set out to implement afully three-dimensional model, based on a computer program Glatzmaierdeveloped over many years, that would allow the complex feedbacks betweenfluid motion and the magnetic field to evolve on their own -- in other words, tobe solved "self consistently."

+ en rojo- en azul

Líneas de igual declinación

(isogonas) del Campo Magnetico

Tierra.

Nicaragua se localizaen América Centralentre los 11 y 15grados de latitud nortey entre 83 y 88 gradosde longitud oeste.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), yrocas del Cretático en Honduras (Gose, 1985…marcados con cruces). Los rombos rellenos A yB indican los polos de referencia de Norte América hace 30 y 60 m.a. La flecha indica ladirección de la edad decreciente de los polos.

39200

39300

39400

39500

39600

39700

ZONE 2

ZONE 3

[nT]

OR

TE

ZONA 3

A

Mapa Magnético del

NW de Nicaragua

38400

38500

38600

38700

38800

38900

39000

39100

LAKE MANAGUA

ZONE 1

B1

B2

0 10 20 30 40

B3

km

LAGO XOLOTLAN

NO

Mapa de Anomalía magnética de campo total al NW Nicaragua. Isolíneas cada 100 nT.

A

ESTE

OCEANOPA CIF ICO

Resultados Paleomagnéticos

Fue posible aislar la magnetizaciónbien definida de gran estabilidaden 26 de los 30 sitios que fueronmuestreados. Los resultados dealgunos sitios fueron descartadosdebido a resultados tan pobresdentro de los grupos de

Planicies delas Costas del

Pacífico

Cretácico S-Eoceno I

Eoceno

dentro de los grupos dedirecciones. Generalmente, nohubo más de dos componentes demagnetización remanente una delas cuales fue de bajo coercitivocon una dirección similar a la delCampo Actual de la Tierra (CPT;D=0°, I=43°, Elming y otros1992).

Direcciones principales y edad de magnetización de las rocas. Note los cambios graduales en declinación y dirección principal de los diferentesgrupos con incrementos en edad de las rocas de las Tierras Altas.

Tierras Altas deNicaragua

Interpretación de datos Paleomagnéticos

montorio de Nicaragua

Latitud

Latitud

EDAD

Trinchera del C

ayman

Falla Guayape

U.Cre.-E.Eoceno

BM

BCBC

Escarpe de Hess

Promontorio d

EDAD

U.Cre.-E.Eoceno

Presente

Eoceno

Sitios Paleomagnéticos

Rocas Igneas y Volcánicas

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 polosmagnéticos Norte-Sur, es un tema ampliamente discutido y sobre el queno existe un consenso científico común. Lo que sí es conocido es que elcambio trae consigo un debilitamiento del campo magnético, seguido de unperiodo de recuperación y reorganización de la polaridad opuesta.

La vulnerabilidad de la Tierra ante las tormentas solares es el efecto quemás se señala como consecuencia de este debilitamiento.

Una presión del viento solar lo suficientemente intensa sobre lamagnetosfera débil, podría alterar las órbitas de los satélites, dañar lascomunicaciones de todo el planeta, estropear todo tipo de aparatoseléctricos, e incluso, si la radiación es lo bastante intensa, afectar a las

personas.Como tantos procesos naturales movidos por fuerzas caóticas, esimpredecible conocer cuándo sucederá la próxima inversión magnéticapolar. Puede que jamás asistamos a ella o puede suceder como algunosapuntan que sea inminente.

GRACIASGRACIAS