Capítulo 3 · Magnetismo: polos, líneas de campo y la brújula
Imanes y el campo de la Tierra
Polos y líneas de campo
Un trozo de magnetita, un imán natural hecho del mineral del mismo nombre, descansa en la escena mientras las limaduras de hierro se asientan a su alrededor. Se alinean en curvas que van de un extremo, el polo norte, hasta el otro, el polo sur. Esas curvas son las líneas de campo, y el campo es más fuerte donde se aprietan. Si cortas un imán por la mitad no obtienes un norte solo y un sur solo, sino dos imanes más pequeños, cada uno con sus dos polos. Nunca se ha observado un polo magnético aislado.
Imanes frente a imanes
Acerca dos imanes. Norte contra norte se separa, norte contra sur se junta: los polos iguales se repelen y los opuestos se atraen. La fuerza crece rápidamente al cerrarse el hueco. Un imán de nevera típico crea en su superficie un campo de unos 5 mT, mientras que el campo terrestre a nivel del suelo es de unos 50 µT y varía entre unos 25 y 65 µT. Divide: 5 × 10⁻³ / 50 × 10⁻⁶ = 100. El imán de nevera es unas cien veces más fuerte que el planeta, pero solo a pocos centímetros, porque su campo se debilita enseguida con la distancia.
La brújula
Una aguja imantada sobre un pivote gira hasta señalar más o menos el norte. Autores chinos describen agujas imantadas en el siglo XI, y los Ensayos de la Laguna de los Sueños de Shen Kuo, hacia 1088, señalan que esa aguja no apunta exactamente al norte y al sur. Los barcos llevaron brújulas poco después. La propia Tierra es un imán, y los científicos creen que su campo nace del hierro líquido en movimiento del núcleo externo. La brújula encuentra el norte magnético, que no es el norte geográfico del eje de giro. La diferencia se llama declinación: con 10°, una marcha de 5 km siguiendo el rumbo de la brújula termina 5 × tan 10° ≈ 0,9 km al costado.
Dominios dentro del hierro
Acércate al hierro y la escena muestra regiones diminutas llamadas dominios, cada una una multitud de átomos cuyos pequeños imanes apuntan en el mismo sentido. En un clavo corriente los dominios apuntan en todas direcciones y se anulan. Un imán es hierro cuyos dominios se han alineado. Martillarlo o calentarlo los saca de la alineación. Por encima del punto de Curie, que Pierre Curie estudió en la década de 1890, el hierro deja de ser magnético. Para el hierro es de unos 770 °C, es decir, 770 + 273,15 ≈ 1.043 K. Una vez enfriado, los dominios normalmente no vuelven a alinearse solos.
Un escudo alrededor del planeta
El campo terrestre llega lejos en el espacio y forma la magnetosfera. Desvía las partículas cargadas del viento solar alrededor del planeta. Los científicos creen que Marte, que perdió su campo global hace mucho, también perdió gran parte de su aire por culpa del viento solar. Algunas partículas bajan en espiral por las líneas de campo cerca de los polos y chocan con la delgada atmósfera alta, donde crean las cortinas luminosas de la aurora. En la escena las líneas de campo envuelven el globo como las capas de una cebolla, mientras una corriente de partículas resbala a su lado.
Franjas en la roca
La lava que se enfría en el fondo marino fija la dirección del campo de ese momento. Los mapas del fondo oceánico de las décadas de 1950 y 1960 mostraron franjas de roca imantadas en sentidos alternos a ambos lados de las dorsales oceánicas. La mejor explicación, publicada en 1963 por Fred Vine y Drummond Matthews y, de forma independiente, por Lawrence Morley, es que el campo se ha invertido muchas veces mientras el fondo marino se abría como dos cintas transportadoras. La última inversión completa fue hace unos 780.000 años. A 2 cm al año, el fondo se ha alejado de la dorsal 0,02 × 780.000 = 15.600 m, unos 16 km, desde entonces.
En cifras
- ≈ 770 °C
- punto de Curie del hierro: pierde el magnetismo
- ≈ 50 µT
- el campo terrestre a nivel del suelo (25–65 µT)
- ≈ 780.000 años
- desde la última inversión completa del campo