Paleomagnetismo: la memoria magnética de las rocas

¿Qué es el paleomagnetismo?

El campo magnético terrestre y el núcleo

El campo magnético terrestre es generado por el núcleo externo de la Tierra, que está compuesto de hierro líquido. El calor del núcleo interno, compuesto de hierro sólido, se transfiere al núcleo externo líquido mediante corrientes de convección. Las corrientes de convección arrastran el núcleo externo líquido en una rotación irregular pero ligeramente más rápida que la velocidad de rotación de la Tierra, lo que crea una corriente eléctrica. Esta corriente eléctrica, a su vez, crea un campo magnético que se caracteriza por una dirección, un sentido y una intensidad.

La imanación de los minerales ferromagnéticos

En la superficie de la Tierra, los minerales ferromagnéticos, como la magnetita (Fe3O4) y la hematita (Fe2O3), contenidos en las rocas de la corteza terrestre, tienen la capacidad de imanarse. Es cuando el basalto se forma por enfriamiento rápido del magma emitido por los volcanes cuando los minerales ferromagnéticos presentes en la roca se alinean con el campo magnético terrestre ambiente.

Esta imanación de los minerales ferromagnéticos crea una huella magnética en el basalto que puede ser estudiada posteriormente para comprender la historia geomagnética de la región. En otras palabras, cuando las rocas se forman, registran la orientación del campo magnético terrestre en un momento preciso. Con el tiempo, debido a los movimientos de las placas tectónicas, las rocas pueden desplazarse, pero su huella magnética permanece inalterada.

Una memoria magnética de las rocas

Los geofísicos y geólogos pueden tomar muestras de rocas de todo el mundo, datarlas y analizar su orientación e intensidad magnética. Al comparar esta información con la posición actual de las rocas, pueden reconstruir los desplazamientos pasados de los continentes. Esta memoria magnética constituye así un archivo natural precioso para reconstruir la historia geológica de nuestro planeta.

¿Cómo recuperar el magnetismo del pasado?

La imanación remanente natural

Los minerales ferromagnéticos conservan la alineación de los iones de hierro en la dirección del campo magnético de la Tierra en el momento en que se solidificaron, pero también la intensidad de la imanación. Así, estudiando numerosos sitios en todo el mundo (observatorios geomagnéticos), los científicos pueden reconstruir la historia del campo magnético terrestre.

Toda materia (vegetales, metales, animales, cuerpos humanos, etc.) tiene una imanación inducida, es decir, tiene una respuesta al campo magnético terrestre. La imanación remanente es lo que la materia puede retener, almacenar en memoria, cuando el campo magnético ambiente se reduce a cero. El paleomagnetista busca por tanto identificar esta imanación remanente.

La medición con magnetómetro

El paleomagnetista está sobre todo interesado en la dirección de la imanación, con respecto al marco geográfico del lugar de muestreo. La muestra tomada (un largo cilindro de roca) se marca gracias a un sistema que permite registrar exactamente la dirección de la flecha magnética en el espacio en el lugar de muestreo.
La intensidad y el sentido de la imanación conservada se miden con un magnetómetro.
La muestra se coloca en su marco de referencia, es decir, en la misma posición que la de su lugar de muestreo. Una máquina la hará girar rápidamente en el interior de bobinas blindadas, aisladas del campo magnético exterior. Se observa una desviación en el instrumento de medición. Se registran las 3 componentes de la imanación (dirección, sentido, intensidad).

La temperatura de Curie

A continuación, los científicos calientan la muestra para hacer desaparecer toda la imanación termorremanente natural. En efecto, un material ferromagnético pierde su imanación permanente a una temperatura llamada "temperatura de Curie"; este fenómeno fue descubierto por el físico francés Pierre Curie (1859-1906) en 1895.
Luego producen una nueva imanación en un campo conocido (el de la Tierra). Sin mover la muestra, la comparan con la antigua imanación natural que habían registrado.
Esta manipulación permite conocer los 3 parámetros del campo magnético en el momento en que la roca se enfrió.

Inversión del campo magnético terrestre a lo largo del tiempo

El registro en la corteza oceánica

Gracias al paleomagnetismo, los científicos han descubierto que numerosas inversiones del campo magnético terrestre se han sucedido a lo largo de la historia de la Tierra.

La inversión del campo magnético terrestre se registra en las dorsales mediooceánicas. En estos lugares, el manto fundido asciende a la superficie y se solidifica para formar nueva corteza oceánica, preservando la fuerza y la dirección del campo magnético ambiente contemporáneo. A medida que se extruye nuevo material, la corteza existente es empujada a cada lado de la cresta, conservándose la dirección del campo magnético ambiente en el momento de la formación. En otras palabras, cuando el magma se enfría y se solidifica para formar la corteza oceánica, los minerales ferromagnéticos se alinean con el campo magnético terrestre ambiente en el momento de su solidificación. Esto magnetiza la corteza oceánica, registrando la orientación del campo magnético en ese lugar preciso y en ese momento preciso.

Las anomalías magnéticas

Así, se forman bandas paralelas de rocas magnetizadas a cada lado de la cresta central de la dorsal. Estas bandas presentan polaridades magnéticas opuestas, formando lo que se llama anomalías magnéticas. Estas se interpretan como una alternancia de bloques de corteza oceánica magnetizada normal e inversamente. Estas anomalías observadas en las dorsales mediooceánicas son particularmente interesantes porque al analizar estas bandas, los científicos pueden reconstruir la historia de las inversiones magnéticas a lo largo del tiempo.

La frecuencia de las inversiones

Al analizar estas anomalías, los científicos han podido reconstruir la historia de las inversiones del campo magnético terrestre en los últimos 800 millones de años. Han constatado que la frecuencia de las inversiones es irregular, pero presenta cierta periodicidad. En promedio, el campo magnético terrestre se invierte cada 250 000 a 300 000 años. Sin embargo, existen períodos en los que las inversiones son más frecuentes, como hace 80 millones de años, cuando el campo magnético terrestre se invertía cada 100 000 años.

También existen períodos en los que las inversiones son más raras, como hace 100 millones de años, cuando el campo magnético terrestre permaneció estable durante más de 10 millones de años.

Inversión del campo magnético en curso

La disminución del momento dipolar

Los científicos vigilan atentamente el campo magnético terrestre para detectar cualquier signo de cambio significativo. Las observaciones modernas se realizan con satélites e instrumentos geofísicos para cartografiar el campo magnético con precisión.

Sin embargo, incluso con estas tecnologías avanzadas, predecir exactamente cuándo se producirá una inversión sigue siendo un desafío debido a la complejidad de los procesos dinámicos que tienen lugar en el núcleo terrestre.

¿Una inversión inminente?

En la actualidad, asistimos a una disminución del momento dipolar del 6 % por siglo. La disminución del momento dipolar indica una reducción de la intensidad del campo magnético terrestre.
La disminución del momento dipolar del campo magnético terrestre no implica necesariamente una inversión inmediata del campo magnético. Aunque la disminución del momento dipolar pueda estar asociada a cambios en el campo magnético terrestre, la inversión magnética es un proceso complejo y la evolución del campo magnético puede seguir diversos escenarios impredecibles.