III. LOS SENDEROS RIZADOS DE LAS CARGAS
EL HOMBRE vive en una continua cadena de asombros al descubrir la realidad del Universo que lo rodea. La historia de la ciencia relata estos ejemplos, y nos hace maravillarnos cada vez que vuelve su recuerdo a nuestra memoria.
En algunos casos se descubre un fenómeno insospechado y sin explicación. En otros casos, la explicación es sencilla y asombra el que no se hubiera predicho antes el fenómeno.
Un ejemplo de asombro científico fue el hallazgo de los cinturones de Van Allen, que encontraron alrededor de la Tierra los primeros satélites artificiales. Estos cinturones están formados por cargas eléctricas en suficiente cantidad para ser detectadas por los aparatos de medición del satélite. Se distinguen dos cinturones donde abundan las cargas eléctricas. El cinturón exterior está compuesto en su mayor parte por electrones. Si nos movemos alejándonos de la Tierra en el plano ecuatorial encontraremos el principio de este cinturón externo a una distancia de unos 20 000 km de la Tierra (como el triple del radio terrestre); el cinturón se vuelve muy tenue hasta unos 60 000 km (diez veces el radio de la Tierra).
Se encuentra un segundo cinturón de cargas más cerca de la Tierra; este cinturón está formado principalmente por protones de gran energía y algunos electrones de poca energía. En el plano ecuatorial este cinturón principia a una altura de unos 600 km de la superficie terrestre y se extiende varios miles de kilómetros.
Entre los dos cinturones existen también cargas volando en el espacio por la atracción mutua entre cargas de distinto signo de los dos cinturones, pero la densidad de partículas es mucho menor, casi mil veces menor.
Podemos pensar a cada uno de estos cinturones como un río de cargas, una corriente eléctrica en forma de llanta, la cual no circula en un alambre o conductor. Se sostiene girando en el espacio alrededor de la Tierra, como los anillos de Saturno que lo acompañan en todos sus movimientos. ¿Por qué no se caen o desvanecen en el espacio estos carruseles de carga?
La explicación de la existencia de estos cinturones de Van Allen se encuentra en el campo magnético de la Tierra. La Tierra se comporta como un imán gigantesco, cuyos polos magnéticos están alineados aproximadamente con los polos geográficos. El campo de la Tierra es evidente por el funcionamiento de las brújulas y se ha estudiado con mucha atención durante muchos años, como hemos visto en otros lugares de este libro.
El tipo de campo magnético muy cercano a la Tierra es parecido al de un imán;
se llama campo dipolar, y un dibujo de las líneas de este campo se representa
en la figura 17. Observamos que forman husos parecidos a plátanos, y en los
polos magnéticos, cercanos a los polos geográficos, las líneas se concentran
provocando la reflexión de las cargas, como se discutió en el capítulo precedente.
Si se usa la teoría aproximada de la deriva para describir en forma aproximada
el movimiento de las cargas en el campo dipolar, se encuentran dos movimientos
del centro de giro sin tomar en cuenta el revoloteo alrededor de las líneas
del campo. Los dos movimientos más importantes que se observan en los cinturones
de Van Allen son la corriente de deriva alrededor de la Tierra y el movimiento
de vaivén del hemisferio norte al hemisferio sur. Estos movimientos periódicos
guardan un ritmo que se percibe en las observaciones físicas de los cinturones
de radiación. La teoría de la deriva hace un promedio del movimiento de giro
alrededor de las líneas del campo y esta operación simplificadora ha sido de
mucha utilidad para estudiar el movimiento de cargas en presencia de campos
magnéticos en circunstancias muy diversas.
Figura 17. Líneas de campo magnético cercano a la Tierra.
El campo magnético de la Tierra no es tan simple como el campo dipolar pero, cerca de la Tierra, se le parece mucho. Conforme se aleja uno de la Tierra el campo se vuelve cada vez más diferente del campo dipolar, debido al viento solar.
La corona solar es la capa superior más alejada del centro del Sol, su atmósfera exterior. Esta corona solar se evapora enérgicamente en todas direcciones, lanzando chorros de partículas que invaden al sistema solar y lo bañan continuamente de carga eléctrica; se puede decir que la corona solar alcanza a los planetas y los engloba. Por fortuna, la temperatura del viento solar disminuye rápidamente con la distancia del Sol. Cerca del Sol, la corona solar está formada por gases ionizados a temperaturas muy altas. Parker predijo desde hace muchos años este comportamiento de la corona solar, y se ha podido verificar por medio de las sondas espaciales que transportan magnetómetros y otros equipos de medición de propiedades eléctricas. El viento solar tiene velocidades superiores a la velocidad del sonido, y forma corrientes eléctricas que producen campos magnéticos, los cuales modifican el campo magnético del Sistema Solar, especialmente entre los planetas. El viento solar se ha medido en la vecindad de la Tierra con una densidad muy baja de sólo 20 mil partículas por metro cúbico, pero con una velocidad altísima de casi medio millón de metros por segundo.
Las cargas atrapadas en los cinturones de Van Allen provienen en mayor cantidad del viento solar. Este lanza un bombardeo continuo y en todas direcciones, de partículas eléctricas producidas en el Sol y enviadas a grandes distancias, produciendo un baño incesante de carga sobre los planetas del Sistema Solar. Esta radiación solar es peligrosa para el ser humano, pero no nos afecta tanto porque nos protege la pantalla benigna del campo magnético, pues en los cinturones de Van Allen se acumulan las cargas, impidiéndoles dicho campo bombardear la Tierra. La carga de los cinturones de Van Allen se ve incrementada por la contribución de las explosiones nucleares en la Tierra.
La existencia misma de los cinturones de plasma de Van Allen implica un balance promedio de fuerza eléctrica entre el plasma del cinturón y las cargas de la ionósfera.
Ese viento solar no sólo contribuye con cargas a los cinturones de Van Allen, provoca además una modificación importante del campo magnético de la Tierra, el cual ya no puede considerarse como un dipolo magnético sino en una primera aproximación. El viento solar encierra el campo dipolar como si lo comprimiera del lado del Sol, como si lo englobara e hiciera que las líneas del campo se estiraran del lado contrario al Sol, como una larga cauda de cometa.
El conocimiento del campo magnético de la Tierra a grandes distancias de su superficie se ha ido descubriendo por medio de las exploraciones espaciales con satélites científicos.
Figura 18. Los anillos o cinturones de Van Allen protegen a la Tierra de las partículas eléctricas con que el Sol bombardea a los planetas de su sistema y que son transportadas por el viento solar.
La información sobre el campo magnético de la Tierra y la ionósfera se envía regularmente por más de 120 observatorios a centros internacionales localizados en Dinamarca, Estados Unidos, Japón y la Unión Soviética. En México se hacen observaciones absolutas diarias desde el año de 1879 con un magnetómetro Negretti-Zambra y una brújula de inclinación en el Observatorio Meteorológico, en Palacio Nacional. En 1879 se mudó el Observatorio a Tacubaya, donde estuvo hasta octubre de 1902. El entonces director, ingeniero Ángel Anguiano, adquirió un juego de aparatos de lectura directa por el sistema Carpentier. En 1902 se trasladó el Observatorio Magnético a Cuajimalpa, 15 km al Este de la ciudad de México y aumentó su equipo con una dotación de registradores fotográficos Mascort, un magnetómetro Dover y otra brújula de inclinación Negretti-Zambra. En 1912 fue trasladado por Valentín Gama al pueblo de Teleoyucan en el Estado de México.
La Tierra no es el único planeta que posee un campo magnético, Júpiter, Saturno, Urano y Mercurio tienen su campo magnético de gran importancia. Por otra parte, la Luna no tiene campo magnético de magnitud apreciable, lo cual es un indicio de la diferencia que existe entre su núcleo y el de la Tierra. Urano tiene un campo con un dipolo muy diferente en dirección al de los demás planetas. Marte tiene un campo magnético muy pequeño y Venus casi carece de él. Para estos dos planetas se observa un campo magnético como consecuencia de la interacción de su ionósfera con el viento del Sol.
Las expediciones a Marte encontraron partículas magnetizadas en su superficie originadas por la presencia del campo magnético marciano, pero su campo magnético es cuatro mil veces menor al de la Tierra.
El campo magnético de Venus es un millón de veces menor al de nuestro planeta. El poco campo en Venus se encuentra en la interacción de la ionósfera con el viento solar, que produce fenómenos de muy diversa índole.
Puesto que Mercurio da una vuelta sobre sí mismo cada 55 días terrestres, no pensamos en un efecto de dinamo, como el que se ha propuesto para explicar el campo magnético de la Tierra. Es posible que el campo magnético de Mercurio sea creado por corrientes eléctricas inducidas en una capa ionizada de su atmósfera, debido al movimiento de este planeta respecto a las líneas de fuerza del campo magnético del sistema solar. Su campo es tres mil veces más pequeño que el campo de la Tierra.
Saturno posee un campo magnético análogo en su forma al de la Tierra, de una intensidad tres mil veces mayor. Su campo magnético ha atrapado también un cinturón de cargas como el de los cinturones de Van Allen que circundan nuestro planeta.
Júpiter tiene el mayor campo magnético de los planetas: unas doscientas mil veces mayor que el campo terrestre. La diferencia más importante en cuanto a efectos magnéticos de los planetas con respecto a Júpiter es la existencia de una protuberancia ecuatorial en la magnetósfera que le da el aspecto de haber sido inflada en forma de platillo y se encuentra alrededor de la parte diurna del ecuador, y se debe a intensas corrientes eléctricas que vuelan de la superficie del planeta hacia el confín de la cavidad encerrada por el viento solar. Esta corriente es característica de Júpiter y provoca una dinámica de la magnetósfera muy diferente de la de los otros planetas.
Cerca de Júpiter existen enormes corrientes de carga como nuestros cinturones de Van Allen con una intensidad miles de veces mayor que los de la Tierra. Estos cinturones de radiación golpean los satélites de Júpiter. Algunas auroras de Júpiter parecen provenir de partículas cargadas generadas en su luna Ío.
Urano es un planeta con un campo magnético extraño porque mientras que los otros planetas, con un campo magnético conocido, tienen la línea entre sus polos magnéticos formando un ángulo de unos cuantos grados con la línea que une los polos geográficos, Urano es una excepción pues su eje de giro forma un ángulo de 60 grados con la línea de su eje magnético que conecta los polos magnéticos norte y sur.
Algunos autores han conjeturado la posibilidad de que el campo magnético de Urano esté sufriendo un cambio de polaridad de normal a invertida, tal como se ha encontrado en la Tierra, donde periódicamente se ha tenido un intercambio de las posiciones de los polos magnéticos norte y sur, como veremos en este capítulo.
El campo de Urano es quinientas veces más grande que el de la Tierra y quinientas veces más chico que el de Saturno. Este planeta tiene una magnetósfera cuyo origen es en su mayor parte planetario. Extrañan los especialistas haber encontrado la región más exterior de la magnetósfera casi vacía de plasma. Se descubrieron dos distribuciones muy diferentes de plasma en ella. Una fría y densa interior a su satélite Miranda, la otra caliente y rarificada, más allá de esta luna.
En todos los planetas con un campo magnético de magnitud mayor al de la Tierra se han encontrado también los cinturones tipo Van Allen y las auroras polares.
El campo magnético del Sol se hace evidente en fotografías de su corona, que muestran enormes explosiones cuyas llamaradas se rizan en una forma curvilínea que se explica por la presencia de cargas en campos magnéticos.
Desde 1908 demuestra Hale que todas las manchas solares están asociadas con enormes campos magnéticos, miles de veces más intensos que los campos en la superficie de la Tierra. Muchas manchas aparecen en parejas de polaridad contraria. Hale encontró también que en los ciclos de manchas solares se invierten las polaridades de las manchas mayores y que el verdadero ciclo solar es un ciclo magnético cada 22 años. La periodicidad, observada cada 11 años, constituye sólo la mitad del proceso periódico.
La actividad periódica del Sol afecta diversos procesos. Al incrementarse el
viento solar, éste barre los rayos cósmicos externos y les impide llegar a la
Tierra. La reducción de este flujo afecta la producción de carbono 14 por trasmutación
de nitrógeno 14, ocasionado por las colisiones de los rayos cósmicos. Esta actividad
queda registrada en la madera de los anillos de árboles muy antiguos que incorporaron
carbono 14 junto con carbono 12 durante el proceso de la fotosíntesis. La actividad
solar tiene también correlación con el clima terrestre, inviernos sumamente
fríos aparecen ligados a periodos de muy escasa actividad solar, donde parece
desaparecer el ciclo observado de 11 años.
Figura 19. La corona solar. Foto tomada de El redescubrimiento de la
Tierra, CONACYT.
Las enormes llamas de las fotografías del Sol están formadas por material ionizado que ha perdido sus electrones. Éste es un plasma que contiene enjambres enormes de cargas positivas. Las cargas positivas que son emitidas en una erupción solar salen expelidas en cierta dirección y siguen el camino al que les obliga la fuerza magnética, rizándose en un elegante chorro que da vueltas alrededor de las líneas del campo magnético.
Existen ahora muchas sondas espaciales que han hecho continuas mediciones del
campo magnético entre los planetas, tan cerca del Sol como ha sido posible,
antes que la enorme temperatura destruya por evaporación al intruso de la corona
solar; se han hecho mediciones indirectas que se describen con más amplitud
en otros libros de esta serie, como el de R. Gall et al.: Las actividades
espaciales en México. Una revisión crítica.
Figura 20. La Tierra y Júpiter dentro del campo magnético del Sol.
Los campos magnéticos en las estrellas se pueden deducir por diversas mediciones. En particular, el campo magnético de las estrellas enanas blancas se estima que puede ser un millón de veces más grande que el campo de la Tierra.
En 1946 Babcock descubrió la existencia de campos muy intensos, unas diez mil veces el campo de la Tierra, en estrellas jóvenes llamadas de tipo A. La medida del campo se deduce directamente del desdoblamiento de las rayas del espectro de la estrella causado por el efecto Zeeman. Las rayas se separan proporcionalmente a la intensidad del campo magnético y permiten deducir su valor.
La finura de las rayas observadas en estas estrellas permite asegurar también la preponderancia del campo dipolar de estas estrellas. Además, el campo es muy variable, observándose cambios frecuentes de la polaridad cada pocos días.
En la Tierra las mediciones del campo magnético tienen una historia de la cual ya se habló un poco en el capítulo I de este libro. Sin embargo, desde hace algunos años se ha venido desarrollando la prehistoria de las propiedades magnéticas de la Tierra.
En los estudios del magnetismo terrestre se encontraron dos fuentes importantes para analizar el campo de la Tierra en épocas remotas. Éstas son las lavas volcánicas y los depósitos geológicos sedimentarios. Las lavas de los volcanes y las emitidas en la separación entre placas tectónicas contienen materiales magnéticos que van a alinearse con el campo magnético de la Tierra. Al enfriarse estas lavas se solidifican y conservan la orientación del campo en el momento de enfriarse, sirviendo de testigos de la dirección del campo si dicha lava no ha sido mudada de lugar y si se conoce la época de la misma por medio de los procedimientos de determinación de la edad geológica. La lava solidificada de las erupciones volcánicas está asociada siempre a la existencia de erupciones, y no es un proceso continuo; pero la lava que fluye continuamente entre las placas tectónicas o los sedimientos geológicos que se acumulan continuamente llevan una relación continua de la evolución del campo de la Tierra.
Las rocas que se magnetizan con mayor intensidad son las que contienen suficientes compuestos ferromagnéticos, formados por sales, óxidos y otros compuestos y mezclas de hierro, níquel y cobalto.
En 1853 Melloni descubrió en Italia una magnetización permanente bastante intensa de las rocas de origen volcánico y supuso que se debía a la acción del campo magnético terrestre en el momento de su solidifación. Posteriormente, durante varios años, Forgheraiter realizó un estudio muy extenso del magnetismo en gran número de rocas volcánicas. A fines del siglo XIX concluye que la dirección del campo en esas rocas puede usarse para conocer la dirección del campo magnético en el momento de su formación. Este trabajo volvió a ser analizado en 1939 por Nagata, quien descubrió que la intensa magnetización de las rocas volcánicas recientes puede reproducirse mediante el enfriamiento desde una temperatura alta, en presencia del campo magnético de la Tierra. La magnetización así adquirida es proporcional a la intensidad del campo magnético de la Tierra.
Una característica muy importante de esta magnetización es su gran estabilidad ante perturbaciones mecánicas, térmicas, magnéticas y otras de origen externo. La explicación de esta estabilidad se debe a la existencia del gran número de pequeñas impurezas de magnetita y de óxido de titanio contenidas en dichas rocas. Estas finas partículas se magnetizan a temperaturas menores de la temperatura umbral conocida como temperatura de Curie. Su magnetización es además muy fuerte y permanente debido a la pequeñez de su tamaño y debido a que la temperatura ambiente está muy por debajo del punto de Curie.
El punto de Curie es el valor de la temperatura en que se pierde la magnetización por desorden de los imanes moleculares. Al fundirse las rocas, pierden la magnetización por la temperatura tan elevada y al enfriarse vuelven a adquirir la magnetización debido al papel ordenador de imanes microscópicos que efectúa el campo magnético de la Tierra. Este campo casi no sufre modificación mientras se enfría una roca de origen volcánico y orienta los pequeños imanes de las moléculas en la misma dirección del campo de la Tierra, en ese lugar y en ese tiempo de enfriamiento. El tiempo en que esta roca fría permanece con esta imantación puede ser de miles de millones de años.
Si la dirección e intensidad del campo magnético de la Tierra en que esas rocas se formaron no corresponde a la dirección actual del campo magnético, entonces esas rocas son un testimonio de cuál era el campo magnético en la época que se enfriaron.
La magnetización de las rocas ígneas puede usarse en forma similar a los fósiles para estimar la intensidad y dirección del campo magnético terrestre en épocas anteriores, siempre que las edades de las muestras se puedan determinar por algún método conocido. En la actualidad se utilizan diversos métodos como los del carbono 14, del estroncio-rubidio, y del potasio-argón a fin de determinar las edades de las rocas por medio del grado de transformación isotópica de dichos materiales, lo cual permite calcular su antigñedad con bastante precisión, como para hacer un estudio de la historia de la magnetización de la Tierra en cada lugar donde se encuentran las lavas y rocas que estuvieron previamente fundidas.
Los ladrillos y cerámicas fabricadas por el hombre son igualmente testimonios de la presencia del campo magnético en el momento de cocerse, y se han utilizado desde 1938 por Thellier, quien primero observó que al enfriarse las muestras en el campo magnético de la Tierra se produce una magnetización permanente en la arcilla cocida.
A partir de los datos conocidos de las fechas en que fluyeron algunas lavas volcánicas, o de la edad de algunos ladrillos o cerámicas, se sabe que la intensidad del campo magnético de la Tierra está fluctuando y tuvo un máximo de intensidad durante la Edad Media con un valor 50% mayor al actual, y desde entonces ha ido disminuyendo. El valor mínimo más cercano a nuestros días ocurrió hace unos 5 500 años con aproximadamente la mitad del valor del campo actual. Este conocimiento permite prever que, aunque el campo magnético está disminuyendo desde hace más de mil años, sin embargo puede empezar a crecer nuevamente dentro de algunos siglos.
Dunn y colaboradores estudiaron un solo cuerpo de gran tamaño, una formación de origen ígneo de varios kilómetros de extensión en el Parque Nacional del Monte Rainier, que se encuentra en el estado de Washington, en Estados Unidos. Dicha formación se volvió sólida durante un cambio de la polaridad del campo magnético que ocurrió hace unos catorce millones y medio de años. Se registra en esta lava que tomó diez mil años para que después de la inversión recuperara el valor inicial. El cambio de polaridad ocurrió en sólo mil años. Por ser tan grande este cuerpo, se enfrió lentamente de su superficie hacia su interior. Al enfriarse, la lava fue conservando el campo magnético que se tenía en el momento de solidificación como una fotografía del instante magnético de la Tierra en ese lugar. Como las partes localizadas más al centro de la formación se enfriaron y volvieron sólidas, posteriormente se tiene entonces un registro continuo del campo en la forma como quedó congelado en ese lugar.
Se sabe así que en la era Mesozoica la polaridad del campo magnético de nuestro planeta estaba orientada como en la actualidad mientras que en la era Paleozoica estuvo principalmente en una dirección contraria a la actual.
En África del Sur se ha estudiado la meseta de Pilansberg, con una dimensión de 300 por 150 km, y una antigñedad estimada en 200 millones de años. El campo magnético estuvo invertido al momento de su solidificación, con respecto a la polaridad actual.
De los estudios paleomagnéticos se sabe que el eje terrestre no ha tenido inversiones en los últimos setecientos mil años, un periodo muy estable. El periodo anterior con campo invertido tuvo una duración de seiscientos mil años.
Los otros planetas del sistema solar pueden tener también cambios en la polaridad del campo magnético. Júpiter, Saturno y Urano tienen una polaridad opuesta a la de la Tierra. En el caso de Urano se ha encontrado recientemente que el polo norte magnético apunta en la dirección del Sol y es el menos paralelo de todos los ejes magnéticos conocidos.
En 1957 se observó la inversión de la polaridad del Sol. Cuando su hemisferio austral había alcanzado un máximo de actividad, el polo sur invierte su polaridad y durante dieciocho meses el Sol tiene una estructura diferente de la dipolar, quizá aproximadamente cuadrupolar, con la misma polaridad norte en los dos polos, y una estructura más compleja, hasta que por fin la actividad solar se apodera del hemisferio norte y el polo norte da también la vuelta y se completa la inversión de polaridad del Sol.
LAS CAUSAS DEL CAMPO
MAGNÉTICO DE LA TIERRA
Se tienen datos del magnetismo terrestre desde hace unos 2700 millones de años, tiempo consistente en más de la mitad de la existencia de la Tierra.
El eje geomagnético forma un ángulo de unos 11.5 grados con el eje geográfico. Este eje gira alrededor del eje geográfico dando una vuelta cada 8 milenios. La intensidad del campo sufre variaciones con el mismo periodo de 8 000 años, según los registros más recientes. Pero en épocas remotas han ocurrido inversiones del campo magnético, el cual ha apuntado en dirección casi opuesta a la dirección actual, que para distinguirla se ha convenido llamarla la dirección normal, mientras que la dirección contraria se designa como dirección inversa.
Durante unos diez mil años antes del cambio de estado normal a inverso y diez mil años después, el valor del campo magnético es muy pequeño, como lo indica la poca intensidad de magnetización de lava durante dichos periodos. La radiación cósmica y el viento solar castigaron duramente a la Tierra en tales lapsos, en forma similar a como la Luna sufre dichos ataques sin la protección de un campo magnético del cual carece.
Hasta ahora no se tiene una explicación verificable del origen del magnetismo terrestre debido a que la respuesta se encuentra a varios miles de kilómetros bajo la superficie del suelo. Parte de la explicación debe estar íntimamente ligada al conocimiento del interior del globo terráqueo y sus movimientos internos. Algo del conocimiento que se tiene del interior de la Tierra se ha descubierto por el comportamiento de las ondas sísmicas, las cuales se reflejan parcialmente y se refractan al encontrar materiales diferentes.
La Tierra está formada por tres capas importantes. La corteza terrestre de grueso variable, tiene unos 5 kilómetros en el fondo de los océanos y mide 30 km en los picos más elevados. Abajo de la corteza se encuentra el manto hasta una profundidad de menos de 3 000 km. El manto tiene propiedades de densidad y elasticidad correspondientes a las de los óxidos metálicos en estado sólido. Por debajo del manto se encuentra el núcleo de la Tierra. El núcleo está formado por materiales a una densidad de nueve a doce veces más grande que la del agua, como la de algunos metales como el hierro y el níquel. Su estado es líquido y a temperaturas altas que impiden el magnetismo por estar encima de la temperatura de Curie. El núcleo no puede ser entonces un imán permanente porque la magnetización desaparece por encima de esta temperatura.
El interior del núcleo tiene un comportamiento diferente ante las ondas sísmicas al alcanzar un radio de 1 220 km; las presiones ahí valen millones de atmósferas, y puede estar formado de materiales sólidos. Para poder fundir la parte líquida del núcleo se requieren varios miles de grados centígrados.
El magnetismo de la Tierra se supone originado por grandes corrientes eléctricas en el interior del núcleo. La existencia de esas corrientes se facilita si hay una buena conductividad que apunta también en la dirección de suponer un núcleo formado por metales fundidos en movimiento. El resultado en la superficie terrestre de la existencia de corrientes eléctricas en el núcleo es un campo magnético. La energía electromotriz, responsable de generar estas corrientes según la hipótesis de Bullard de 1948, tiene su origen en un generador electrodinámico que combina la rotación y convección del material fluido del núcleo, el cual está fundido y ionizado. La superposición de los campos magnéticos inducidos por esas corrientes eléctricas se observa sobre la superficie terrestre en forma poco variable si se consideran breves periodos de tiempo debido a que una corriente del núcleo al moverse deja lugar a otra corriente similar en el mismo sitio que acaba de dejar vacante. Existen otras teorías para explicar las causas del campo magnético terrestre, pero la más generalizada es la del dinamo de Bullard.
La teoría del dinamo de Bullard supone que el campo magnético se mantiene por una corriente eléctrica producida al moverse lentamente la fase líquida del núcleo. Todos los planetas y probablemente todos los satélites comparables en tamaño con la Luna tienen regiones de metal fundido; en los planetas de dimensión terrestre debido a la conducta eutéctica de las aleaciones del hierro; en los planetas gigantes debido a la presión enorme que metaliza el hidrógeno líquido o el hielo.
Si aparece convección en una región del fluido metálico entonces aparece el dinamo de Bullard. En este fenómeno es importante también el efecto de las fuerzas de Coriolis. Estas fuerzas están presentes en un sistema que contempla la dinámica en rotación. Todos los cuerpos planetarios, incluso los satélites, rotan bastante rápido para que sea importante la fuerza de Coriolis. La fuerza de Coriolis se parece mucho a la fuerza causada por un campo magnético donde se reemplaza el campo por una cantidad proporcional a la masa y a la velocidad angular de rotación. La dirección del campo es ahora la de dicha velocidad de rotación paralela al eje instantáneo de rotación. Para un observador que gira con un planeta, la fuerza de Coriolis provoca un giro helicoidal alrededor de un eje paralelo al eje de rotación del planeta, el radio de giro es igual a la mitad de la velocidad perpendicular al eje dividido por el tamaño de la velocidad angular.
Para explicar el campo magnético de Mercurio se ha supuesto un fenómeno de convección, acompañado de reacciones químicas y de un desprendimiento de calor latente al congelarse el núcleo. Venus tiene un núcleo fluido estable sin dinamo y sin campo magnético. Otra hipótesis consiste en una congelación total de su núcleo. El dinamo de la Tierra puede estar sostenido por el enfriamiento del núcleo interior. La Luna tiene un núcleo creciente sin dinamo pero con evidencia de un dinamo antiguo que no se comprende. Marte tiene un núcleo fluido rico en azufre sin dinamo. Júpiter y Saturno tienen dinamos sostenidos por convección cerca de su superficie.
La inversión del campo magnético de la Tierra se explica tentativamente concediendo
la misma probabilidad para girar el núcleo de la Tierra en ambas direcciones,
generando sus corrientes un campo en una dirección o la contraria según que
la corriente de magma en el núcleo gire en un sentido o en su contrario.
En los últimos tiempos se ha popularizado la teoría de Wegener según la cual los continentes tienen un lentísimo movimiento de deriva, capaz de explicar los fenómenos sísmicos como resultado de la fricción entre las placas móviles que cubren el planeta y se mueven comprimiéndose lentamente y liberándose de forma brusca e inesperada. Según esta teoría, las grandes grietas localizadas en el fondo de los océanos por la exploración sistemática del fondo marino crecen empujadas por el magma fundido que asciende del núcleo y se enfría a ambos lados de la grieta depositándose lentamente en sus bordes, generando continuamente corteza. Esta corteza desaparece al mismo tiempo en otro sitio del globo terráqueo, cuando una placa resbala lentamente bajo otra, causando terremotos, y se sumerge de nuevo en el magma del núcleo. Como causa del movimiento de las placas continentales se atribuyen varios movimientos muy lentos de convección en el manto superior, los cuales impulsan a las placas.
Se ha establecido firmemente que la cresta mesoatlántica, que corre en medio del Océano Atlántico simulando los grandes trazos de las costas de África y Sudamérica, es una gran grieta en la corteza terrestre por la cual brota incesante el magma terrestre. A ambos lados del borde se observa una distribución alterna de fajas paralelas de magnetización contraria, y colocadas paralelamente a la hendidura por donde brota el magma. Como las fajas magnéticas están ordenadas en forma cuasiperiódica alternando la polarización magnética en fajas con semejanza a cierto orden alterno, se deduce una inversión reiterada del campo magnético registrada fielmente en el lecho del océano. La interpretación se apoya en el hecho de observarse una simetría de capas en el mismo orden, con el mismo grueso e intensidad magnética a ambos lados de la cresta marina.
Las capas de orientación magnética se distinguen por grandes periodos en los que domina una de las dos direcciones de polarización, las cuales tienen sin embargo episodios de menor duración en que el campo estuvo dirigido en sentido contrario. El registro de estos datos en que se determina el tiempo que duró cada dirección del campo antes de voltearse en sentido contrario se ha estimado con el método de kriptón-argón. No se tiene ninguna regularidad, sino una oscilación con un periodo que se alarga y acorta en forma caprichosa y, al parecer, impredecible. Los últimos cuatro y medio millones de años se dividen en cuatro periodos mayores, que están interrumpidos por uno, cinco, dos y tres episodios de campo contrario.
Las observaciones de las capas magnéticas en el fondo del océano hicieron revivir la teoría de la deriva de los continentes, la cual se refuerza cada vez más con los diferentes datos geofísicos.
El movimiento relativo entre la placa eurasiática y la americana puede medirse en Islandia debido a que la gran cresta mesoatlántica parece prolongarse a lo largo de esta isla. La velocidad de separación de las laderas es de sólo medio centímetro por año. La medición de este lentísimo movimiento ha venido a apoyar en forma dramática a la teoría del movimiento de navegación de los continentes sobre las capas fundidas de la Tierra.
Cualquier teoría para explicar el campo magnético de la Tierra se enfrenta hoy a un muy diverso conjunto de fenómenos. Además del magnetismo debe explicarse la razón de sus oscilaciones con un periodo aproximado de 8 000 años, la inversión de la polaridad, las variaciones locales y seculares, etcétera.
