Las brújulas siempre apuntan hacia el norte, pero ¿te has preguntado por qué? Desde hace siglos sabemos que este fenómeno ocurre porque la Tierra es, en esencia, un gigantesco imán. La primera persona en proponer la existencia del campo magnético terrestre fue Sir William Gilbert (1544-1603), científico y médico personal de la reina Isabel I de Inglaterra. En su tratado De Magnete, magneticisque corporibus, et de magno magnete tellure (Sobre los imanes, los cuerpos magnéticos y el gran imán terrestre), publicado en 1600, Gilbert recopiló el conocimiento de la época sobre el magnetismo y presentó un sumario de experimentos y observaciones relacionados con imanes naturales.
Aunque las propiedades magnéticas de la magnetita —un óxido de hierro capaz de atraer metales— eran conocidas desde hace más de 2000 años, especialmente en la civilización china, Gilbert fue el primero en abordar de una manera sistemática la misteriosa habilidad que tiene la aguja de la brújula de apuntar hacia el norte. Su trabajo es, por ello, considerado uno de los primeros tratados de la geofísica y una clara defensa del método científico, puesto que se basa como él mismo dice en el prólogo de su obra en “experimentos seguros y argumentos demostrados” frente a las “conjunturas probables de especuladores filosóficos”. Hasta entonces se creía, erróneamente, que la aguja de la brújula era atraída por la estrella polar o por islas magnéticas situadas en el ártico.
El hallazgo más importante de Gilbert fue demostrar que la Tierra tiene propiedades magnéticas similares a las de un imán. Para ello, utilizó una esfera magnética —a la que llamó terrella, un modelo en miniatura de la Tierra— y observó que, al colocar una aguja magnética en su superficie, esta se alineaba de manera similar a cómo lo hace una aguja de la brújula en la Tierra. A partir de este experimento, dedujo que nuestro planeta genera su propio campo magnético, con polos en el norte y el sur. Hasta entonces, las ideas sobre el magnetismo eran bastante limitadas y no existía una noción clara de la existencia de un campo magnético global.
Desde entonces, el estudio del campo magnético de la Tierra ha avanzado enormemente. Hoy sabemos que este campo invisible es fundamental para la vida en la Tierra tal y como la conocemos: ejerce, por ejemplo, un papel fundamental como escudo protector frente al bombardeo continuo de partículas cargadas de alta energía procedentes del Sol, influye en los sistemas de navegación y de comunicación y, además, actúa como brújula natural para numerosas especies, desde aves migratorias hasta tortugas marinas y bacterias.
El campo magnético de la Tierra: un fenómeno variable en el tiempo y en el espacio
Hasta aquí, hemos visto que la Tierra se comporta como un gigantesco imán, pero, ¿qué significa realmente este hecho? Cuando decimos que la Tierra es un imán, nos referimos a que genera un campo magnético: una región de influencia en la que fuerzas magnéticas pueden actuar sobre algunos materiales sensibles a esta fuerza, como las agujas de las brújulas.
Gracias a ello, el campo magnético de la Tierra actúa como un escudo protector que interactúa con las partículas de alta energía que llegan procedentes del Sol. La intensidad y estructura del campo determinan qué ocurre con ellas. Muchas de estas partículas cargadas del viento solar son redirigidas por el campo magnético y no llegan a la superficie de la Tierra. En las regiones cercanas a los polos, donde las líneas de campo convergen, algunas partículas logran penetrar y excitan los átomos de la atmósfera, generando las auroras boreales y australes.
Sin embargo, las observaciones de este fenómeno indican que el campo magnético de la Tierra no es estático; cambia constantemente. ¿Deberíamos preocuparnos por ello?
¿Y cómo sabemos que varía con el tiempo? Gracias a las observaciones directas realizadas por navegantes, observatorios y, más recientemente, satélites, hemos podido medir el campo magnético terrestre con gran precisión. Estas medidas permiten ver cómo el campo magnético en cualquier punto de la superficie de la Tierra cambia con el tiempo. Además, se puede comprobar que el campo magnético, por ejemplo, de Santander no es el mismo que el que se mide en otras partes del mundo.
Para estudiar el comportamiento del campo magnético de la Tierra en épocas más remotas, hay que recurrir al paleomagnetismo, una disciplina que se enmarca dentro de la Geofísica. Esta técnica se aprovecha de las propiedades magnéticas de ciertos minerales (fundamentalmente óxidos de hierro, como la magnetita) contenidos en las rocas y en algunas estructuras arqueológicas, como hornos, que han sido calentadas a alta temperatura. Estos materiales tienen la capacidad de adquirir una señal magnética (llamada imanación remanente) vinculada al campo magnético terrestre existente en el momento de su formación y cristalización (en el caso de las rocas) o de su calentamiento (en el caso de los materiales arqueológicos). Cada grano ferromagnético contenido en estos materiales actúa como una pequeña "brújula fósil", registrando la señal magnética relacionada con el campo presente en ese momento.
Para estudiar el campo magnético de la Tierra del pasado, los científicos dedicados a su estudio realizamos campañas de campo en yacimientos geológicos y/o arqueológicos para recoger muestras de materiales capaces de adquirir una imanación remanente. A partir de la señal magnética registrada en las muestras, podemos deducir la orientación y la intensidad del campo magnético terrestre del pasado en el yacimiento. Estudiando rocas y materiales arqueológicos de distintas edades, estudiamos cómo ha variado el campo magnético terrestre en distintas regiones a lo largo del tiempo. A partir de este tipo de datos se pueden construir modelos matemáticos que ayudan a estudiar el comportamiento del campo magnético terrestre a nivel global. Estos modelos han sido fundamentales para confirmar lo que Gilbert dedujo hace varios siglos: el origen principal del campo magnético terrestre se encuentra en el núcleo externo de la Tierra, a unos 2.885 km de profundidad.
EL núcleo externo es una esfera metálica enorme de unos 3.485 km de radio, equivalente al tamaño de un planeta como Marte y está compuesto mayoritariamente por hierro y níquel en estado líquido, ambos buenos conductores de la electricidad. Debido a la gran diferencia de temperaturas entre la parte superior del núcleo externo (alrededor de 3.500ºC) y la parte inferior del mismo (más de 6.000ºC), se generan corrientes ascendentes y descendentes de metal líquido, que transportan calor desde el núcleo interno hacia el manto. Estos movimientos de convección, similares a los que se producen en una olla de agua hirviendo, inducen corrientes eléctricas que, a su vez, generan un campo magnético en un proceso conocido como geodinamo.
Sin embargo, estos movimientos son caóticos e irregulares, lo que provoca los cambios constantes en la intensidad y la orientación del campo magnético que observamos en la superficie de la Tierra. En la actualidad, no existe una teoría completa que permita comprender en detalle el origen y comportamiento del campo magnético terrestre, y mucho menos, predecir su evolución futura. De hecho, Albert Einstein ya señalaba en 1905 que entender cómo se genera el campo magnético terrestre era uno de los mayores desafíos de la física. Hoy en día, quedan aún muchas preguntas sin respuesta sobre este fascinante fenómeno.
El polo norte también se mueve... ¡Y además bastante rápido!
Lo que sabemos con certeza es que el campo magnético de la Tierra cambia con el tiempo, y uno de los efectos más evidentes de ello es el desplazamiento del polo norte magnético. A lo largo de los siglos, los navegantes han utilizado el polo norte magnético como referencia para determinar los puntos cardinales, pero lo cierto es que este método no es del todo preciso, ya que el norte magnético (el punto hacia el cual las agujas de las brújulas apuntan) no coincide exactamente con el polo norte geográfico (el punto sobre la superficie de la Tierra que marca el eje de rotación terrestre).
Además, la ubicación del polo magnético, así como su distancia al polo geográfico, varía constantemente con el tiempo. En los últimos 120 años, el polo norte magnético ha cruzado el Ártico canadiense y se desplaza rápidamente a un ritmo de unos 50 km por año (¡125 m al día!), lo que significa que, si continúa a este ritmo, podría llegar a Siberia en los próximos 50 años. Este movimiento afecta a diferentes sistemas de navegación basados en el magnetismo terrestre, que deben ser recalibrados continuamente.
Cuando los polos se invierten: las inversiones de polaridad del campo magnético terrestre
A escalas geológicas, los datos paleomagnéticos obtenidos a partir del estudio de rocas de distintas edades han demostrado que el campo magnético terrestre ha experimentado variaciones mucho más dramáticas. Uno de los descubrimientos más significativos en este aspecto fue el hallazgo de las inversiones de polaridad, fenómenos que han ocurrido múltiples veces a lo largo de la historia de la Tierra y se han registrado en rocas de todo el planeta. Las inversiones de polaridad son eventos en los que los polos norte y sur magnéticos intercambian sus posiciones.
Las inversiones fueron descubiertas gracias al estudio de las propiedades magnéticas de las rocas magmáticas en el océano Atlántico. La tecnología desarrollada para detectar submarinos jugó un papel clave en este descubrimiento. Los equipos de detección magnética desarrollados durante la Segunda Guerra Mundial, conocidos como detectores magnéticos aéreos, eran muy sensibles y permitieron medir las señales magnéticas del fondo oceánico.
Se pudo observar que la magnetización de las rocas del fondo oceánico formaba bandas paralelas, donde las rocas alternaban entre estar magnetizadas en la dirección del campo magnético actual y en la dirección opuesta, revelando las inversiones pasadas del campo. Cuando la lava se enfría y solidifica en las dorsales oceánicas, los minerales magnéticos quedan orientados según el campo magnético de la época, actuando como "brújulas fósiles". Las bandas encontradas indicaban que el campo magnético había cambiado de polaridad en diferentes momentos de la historia de la Tierra. Este descubrimiento es un ejemplo de cómo, en ciencia, las tecnologías desarrolladas para una aplicación específica pueden conducir a descubrimientos importantes en otros campos.
Estudios paleomagnéticos realizados en numerosas rocas distribuidas por toda la superficie terrestre han confirmado que los polos norte y sur han intercambiado sus posiciones muchas veces en el pasado, aunque sin seguir un patrón predecible. La última inversión, conocida como la inversión de Brunhes-Matuyama, ocurrió hace unos 780.000 años.
Durante estas transiciones, el campo magnético se debilita drásticamente, reduciendo su intensidad hasta un 10% del valor de la intensidad inicial antes de estabilizarse nuevamente en la dirección opuesta. Este proceso no es instantáneo; puede durar varios miles de años, durante los cuales el campo magnético pierde su carácter dipolar, antes de asentarse en su nueva polaridad. A pesar de los numerosos estudios enfocados a estudiar estos fenómenos, los científicos siguen sin comprender completamente las causas exactas de estas inversiones, ni mucho menos cuándo ocurrirá la próxima.
¿Nos acercamos a una inversión magnética?
Recientes investigaciones han revelado que la intensidad del campo magnético terrestre ha estado disminuyendo durante los últimos 2000 años, y este debilitamiento se ha acelerado desde aproximadamente 1840. Esta disminución, junto con el rápido movimiento del polo, ha generado especulaciones sobre una posible inversión de polaridad en el futuro.
Sin embargo, aunque este debilitamiento es un hecho constatado, no hay evidencia de que necesariamente conduzca a una inversión completa del campo magnético. A lo largo de la historia geológica, ha habido episodios de disminución de la intensidad magnética que no culminaron en una inversión. Además, los registros geológicos, los modelos numéricos y los experimentos de laboratorio no pueden predecir con certeza cuándo ocurrirá la próxima inversión. A pesar de ello, sí podemos decir que es probable que el campo magnético se invierta nuevamente en el futuro, ya que las inversiones han sido recurrentes a lo largo de la historia de la Tierra.
¿Deberíamos preocuparnos? ¿Estamos preparados?
Aunque durante el proceso de inversión el campo magnético se debilite o incluso desaparezca temporalmente, lo que podría aumentar la exposición a partículas cargadas de alta energía que inciden sobre la superficie terrestre, no existen evidencias en el registro geológico que sugieran que estos eventos estén relacionados con extinciones masivas de especies. Además, como estos procesos ocurren a lo largo de miles de años, las generaciones sucesivas podrían adaptarse a los cambios geomagnéticos, por lo que no representan una amenaza directa para la supervivencia humana ni para otras formas de vida.
No obstante, una inversión magnética podría tener un impacto considerable en la infraestructura tecnológica. Un ejemplo es el Evento Carrington de 1859, una tormenta solar que afectó la magnetosfera de la Tierra y causó interrupciones en las comunicaciones telegráficas, daños en algunas infraestructuras y apagones e incendios. Si un evento similar ocurriera hoy, las consecuencias podrían ser mucho más graves, dañando satélites, redes eléctricas y sistemas de comunicación. Durante una inversión, el debilitamiento del campo magnético aumentaría la vulnerabilidad a estos eventos.
Afortunadamente, dado que los procesos de inversión ocurren a lo largo de miles de años, tenemos tiempo para desarrollar infraestructuras más resistentes y sistemas de protección avanzados. Cuando llegue una nueva inversión, probablemente estaremos mejor preparados para mitigar sus efectos.
Mientras tanto, los científicos seguiremos investigando el comportamiento impredecible del campo magnético terrestre. Lo que es seguro es que la Tierra seguirá perdiendo el norte... y nosotros, tal vez, también, pero no el magnético.
Miriam Gómez Paccard
Doctora en Ciencias de la Tierra. Científica Titular del CSIC en el Instituto de Geociencias IGEO (CSIC-UCM)
