Breve reseña y fundamento del Campo magnético terrestre

1. Los fenómenos de tipo magnético son conocidos desde la antigüedad; ya en Grecia
hace más de 2000 años se sabía que ciertas piedras procedentes de Magnesia (región
del „Asia menor‟) atraían trocitos de hierro.
El 'geomagnetismo' lleva muchos siglos usándose en la
navegación marítima (en China allá por el XII ya lo
hacían).
Fue en el 1600 cuando en su manifiesto
'De Magnete', William Gilbert contempló
la Tierra como un gigantesco imán;
pasaron los años y se confirmaron
variaciones en la amplitud y en la
dirección del campo magnético que
envuelve al planeta, de modo que se fue
generando el primer mapa del campo
magnético terrestre.
Halley publicó en 1701 la 'carta de líneas de igual
variación magnética', donde se introduce la
evidencia de la „declinación magnética‟.
Tábula Náutica -1612-:
Hasta el siglo XIX no se tenía del todo claro el geomagnetismo, llegando a creer en
su esencia divina; en cualquier caso, la causa era externa a la propia Tierra.

2. En 1838, el alemán Carl Friedreich Gauss publica su "Teoría general
del magnetismo"
Gauss probó a base de mediciones precisas y
metódicas a lo largo de varios paralelos, y por
comparación con las relaciones establecidas entre las
líneas de inducción de una esfera imantada, que había
una equivalencia prácticamente total, y por tanto,
que casi todo tenía origen interno.
Es más, estableció la 'declinación magnética'
respecto al 'eje de rotación' de la Tierra, en 11
grados.
Suponiendo que las temperaturas en el interior de la
Tierra impiden mantener una 'magnetización
permanente' (superan la 'temperatura de Curie'), hay
que buscar la causa del campo magnético en fenómenos
dinámicos.
De la abundancia cósmica del hierro metálico fue
deducido que éste podría ser el mayor constituyente del
núcleo. En el siglo XX, Oldham (1906) y Gutenberg (1912)
trabajaron con la hipótesis de que el 'núcleo externo'
(el sismólogo Inge Lehman descubrió la existencia del
núcleo interno en 1936) de muy baja viscosidad estuviese
compuesto mayoritariamente de hierro metálico altamente
conductor.
En los 40s, Larmor postuló que el campo magnético
(y sus variaciones temporales) era debido al rápido
movimiento del hierro metálico en el núcleo externo
líquido.
Bullard en los 40 y 50 concibió la idea de la 'geodinamo'; sustentada en la teoría
de la 'magnetohidrodinámica' (campos magnéticos que se mueven en líquidos).
Finalmente, se podría decir que el Campo está determinado por un 'dipolo axial'
figurado, ubicado en el centro de la Tierra y alineado cerca del eje de rotación.
La amplitud y la dirección del campo magnético varía con el tiempo debido a
procesos internos y externos; además, tenemos un histórico (paleomagnetismo)
grabado en rocas como la 'magnetita', que se enfriaron rápidamente (por debajo de
la 'temperaura de Curie' -unos 500 a 600 grados para este material-) tras
erupciones magmáticas.
Así, la Tierra es un „imán permanente‟ ¿o no? ¡que no pare de girar!
Siendo la razón de que las brújulas se orienten siempre en la misma dirección y de
que muchos animalicos se puedan orientar en esta vida.

3. Campo Magnético terrestre versus Campo Gravitatorio
Semejanzas:
• Ambos campos, magnético y gravitacional, son campos potenciales, es decir,
admiten la aplicación de las ecuaciones de Laplace y Poisson que relacionan
potenciales y cargas.
• Para la descripción y el análisis de estos campos, conviene recurrir a los
armónicos esféricos <
http://es.wikipedia.org/wiki/Arm%C3%B3nicos_esf%C3%A9ricos >.
• En los dos casos usaremos un campo de referencia para observar sus
propiedades.
• Se encuentran dominados por una geometría simple, pero se requieren los
componentes de mayor grado para obtener un cuadro completo del campo. En
gravedad, el mayor componente del campo es de una masa puntual M en el centro
de la Tierra; en geomagnetismo podemos imaginar que el campo está dominado
por un dipolo axial en el centro de la Tierra y alineado cerca del eje de
rotación.
Diferencias:
• En gravedad, la atracción de una masa M es siempre positiva; no hay masa
negativa. En magnetismo, hay polos positivos y negativos.
• En gravedad, cada elemento de masa dM actúa como un monopolo; en contraste,
en el geomagnetismo no existen fuentes y sumideros aislados del campo
magnético H y siempre se debe considerar un par de polos opuestos. Polos
opuestos se atraen y polos iguales se repelen. Hablaremos de „dipolo‟ cuando
la distancia entre los polos es infinitesimalmente pequeña.
• El potencial gravitacional (o cualquier potencial debido a un monopolo) cae
como 1/r y la atracción gravitacional como 1/r2. En contraste, el potencial
debido a un dipolo cae como 1/r2 y el campo de un dipolo como 1/r3 (esto
viene directamente del análisis de la expansión de los armónicos esféricos
del potencial y de la suposición de que monopolos magnéticos, si existen, no
son relevantes para el geomagnetismo).
• La dirección y amplitud del campo magnético varía con el tiempo debido a
procesos internos y externos. Eso obliga a que el campo de referencia tenga
que ser determinado en intervalos regulares (y no solamente con las mejores
mediciones disponibles, como es el caso con el Campo Internacional de
Gravedad).
• La variación del campo con el tiempo está documentada, es decir, hay un
registro histórico disponible para nosotros. Las rocas tienen una “memoria”
del campo magnético a través de un proceso conocido como magnetización (¡No
existe algo así como la paleogravedad!).