Paleomagnetismo : a memória magnética das rochas

O que é o paleomagnetismo ?

O campo magnético terrestre e o núcleo

O campo magnético terrestre é gerado pelo núcleo externo da Terra, que é composto de ferro líquido. O calor do núcleo interno, composto de ferro sólido, é transferido para o núcleo externo líquido por correntes de convecção. As correntes de convecção arrastam o núcleo externo líquido numa rotação irregular mas ligeiramente mais rápida do que a velocidade de rotação da Terra, o que cria uma corrente elétrica. Esta corrente elétrica, por sua vez, cria um campo magnético que se caracteriza por uma direção, um sentido e uma intensidade.

A magnetização dos minerais ferromagnéticos

À superfície da Terra, os minerais ferromagnéticos, como a magnetite (Fe3O4) e a hematite (Fe2O3), contidos nas rochas da crusta terrestre, têm a capacidade de se magnetizar. É quando o basalto se forma por arrefecimento rápido do magma emitido pelos vulcões, que os minerais ferromagnéticos presentes na rocha se alinham com o campo magnético terrestre ambiente.

Esta magnetização dos minerais ferromagnéticos cria uma impressão magnética no basalto que pode ser estudada mais tarde para compreender a história geomagnética da região. Por outras palavras, quando as rochas se formam, registam a orientação do campo magnético terrestre num momento preciso. Ao longo do tempo, devido aos movimentos das placas tectónicas, as rochas podem ser deslocadas, mas a sua impressão magnética permanece inalterada.

Uma memória magnética das rochas

Os geofísicos e os geólogos podem recolher amostras de rochas em todo o mundo, datá-las e analisar a sua orientação e intensidade magnética. Ao comparar estas informações com a posição atual das rochas, podem reconstruir os deslocamentos passados dos continentes. Esta memória magnética constitui assim um arquivo natural precioso para reconstituir a história geológica do nosso planeta.

Como recuperar o magnetismo do passado ?

A magnetização remanente natural

Os minerais ferromagnéticos conservam o alinhamento dos iões de ferro na direção do campo magnético da Terra no momento em que se solidificaram, mas também a intensidade da magnetização. Assim, estudando numerosos sítios em todo o mundo (observatórios geomagnéticos), os cientistas podem reconstituir a história do campo magnético terrestre.

Toda a matéria (vegetais, metais, animais, corpos humanos, etc.) tem uma magnetização induzida, por outras palavras, tem uma resposta ao campo magnético terrestre. A magnetização remanente é o que a matéria pode reter, armazenar em memória, quando o campo magnético ambiente é reduzido a zero. O paleomagnetista procura, portanto, identificar esta magnetização remanente.

A medição com magnetómetro

O paleomagnetista está sobretudo interessado na direção da magnetização, em relação ao referencial geográfico do local de amostragem. A amostra recolhida (longo cilindro de rocha) é marcada graças a um sistema que permite registar exatamente a direção da seta magnética no espaço no local de amostragem.
A intensidade e o sentido da magnetização conservada são medidos com um magnetómetro.
A amostra é posicionada no seu referencial, ou seja, na mesma posição que a do seu local de amostragem. Uma máquina fá-la-á girar rapidamente no interior de bobinas blindadas, isoladas do campo magnético exterior. Observa-se um desvio no instrumento de medição. Os 3 componentes da magnetização são registados (direção, sentido, intensidade).

A temperatura de Curie

Em seguida, os cientistas aquecem a amostra para fazer desaparecer toda a magnetização termorremanente dita natural. Com efeito, um material ferromagnético perde a sua magnetização permanente a uma temperatura chamada "temperatura de Curie", este fenómeno foi descoberto pelo físico francês Pierre Curie (1859-1906) em 1895.
Depois vão produzir uma nova magnetização num campo conhecido (o da Terra). Sem mover a amostra, vão compará-la com a antiga magnetização natural que registaram.
Esta manipulação permite conhecer os 3 parâmetros do campo magnético no momento em que a rocha arrefeceu.

Inversão do campo magnético terrestre ao longo do tempo

O registo na crusta oceânica

Graças ao paleomagnetismo, os cientistas descobriram que numerosas inversões do campo magnético terrestre se sucederam ao longo da história da Terra.

A inversão do campo magnético terrestre é registada ao nível das dorsais médio-oceânicas. Nestes locais, o manto fundido sobe à superfície e solidifica-se para formar uma nova crusta oceânica, preservando a força e a direção do campo magnético ambiente contemporâneo. À medida que novo material é extrudido, a crusta existente é empurrada de cada lado da crista, a direção do campo magnético ambiente no momento da formação é conservada. Por outras palavras, quando o magma arrefece e se solidifica para formar a crusta oceânica, os minerais ferromagnéticos alinham-se com o campo magnético terrestre ambiente no momento da sua solidificação. Isto magnetiza a crusta oceânica, registando a orientação do campo magnético nesse lugar preciso e nesse momento preciso.

As anomalias magnéticas

Assim, formam-se faixas paralelas de rochas magnetizadas de cada lado da crista central da dorsal. Estas faixas apresentam polaridades magnéticas opostas, formando o que se chama anomalias magnéticas. Estas são interpretadas como uma alternância de blocos de crusta oceânica normal e inversamente magnetizada. Estas anomalias observadas ao nível das dorsais médio-oceânicas são particularmente interessantes porque, ao analisar estas faixas, os cientistas podem reconstituir a história das inversões magnéticas ao longo do tempo.

A frequência das inversões

Ao analisar estas anomalias, os cientistas puderam reconstituir a história das inversões do campo magnético terrestre nos últimos 800 milhões de anos. Constatarm que a frequência das inversões é irregular, mas que apresenta uma certa periodicidade. Em média, o campo magnético terrestre inverte-se a cada 250 000 a 300 000 anos. No entanto, existem períodos de tempo em que as inversões são mais frequentes, como há 80 milhões de anos, quando o campo magnético terrestre se inverteu a cada 100 000 anos.

Existem também períodos de tempo em que as inversões são mais raras, como há 100 milhões de anos, quando o campo magnético terrestre permaneceu estável durante mais de 10 milhões de anos.

Inversão do campo magnético em curso

A diminuição do momento dipolar

Os cientistas monitorizam atentamente o campo magnético terrestre para detetar qualquer sinal de mudança significativa. As observações modernas são efetuadas com a ajuda de satélites e de instrumentos geofísicos para cartografar o campo magnético com precisão.

No entanto, mesmo com estas tecnologias avançadas, prever exatamente quando ocorrerá uma inversão continua a ser um desafio devido à complexidade dos processos dinâmicos que se desenrolam no núcleo terrestre.

Uma inversão iminente ?

Atualmente, assistimos a uma diminuição do momento dipolar de 6 % por século. A diminuição do momento dipolar indica uma redução da intensidade do campo magnético terrestre.
A diminuição do momento dipolar do campo magnético terrestre não implica necessariamente uma inversão imediata do campo magnético. Embora a diminuição do momento dipolar possa estar associada a mudanças no campo magnético terrestre, a inversão magnética é um processo complexo e a evolução do campo magnético pode seguir diversos cenários imprevisíveis.