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Posts Tagged “magnetosfera”

El viento solar es un fenómeno mucho más poderoso de lo que se piensa. Se trata de partículas cargadas, emitidas por el Sol a enormes velocidades (¡hombre, no tan grandes como las de la luz!). Esas partículas pueden golpear las atmósferas de un planeta. Golpear a algo a la velocidad de entre 200 y 900 kilómetros por segundo. ¡Por segundo! Es mucho. Eso puede eliminar los gases de un planeta al que golpee arrastrándolos al espacio.

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¿Y no hay nada que pueda protegernos? Sí. Un campo magnético. Porque las partículas del viento solar están cargadas. Y una carga eléctrica en movimiento genera un campo magnético. Con el que interfiere el campo magnético de un planeta. Y desvía la partícula de su trayectoria. En otras palabras, actúa como un paraguas que desvía las gotas de agua.

¡Hombre! Todas no. Porque el campo magnético tiene un punto débil. Mejor dicho, dos. Los dos polos. Por ahí pueden entrar partículas cargadas y golpear los gases de la atmósfera. Tanto que los hacen brillar. Porque les arrancan electrones (te recuerdo que la luz son electrones de los átomos que pegan saltos).

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Eso es lo que le ha sucedido a la Tierra. Que desarrolló un campo magnético, una magnetosfera, que nos protegió, nos defendió. A la atmósfera, a la hidrósfera, y, por tanto, a la vida. Lo de la atmósfera es evidente. El viento solar puede desnudar a un planeta de sus gases por mero impacto. ¿La hidrósfera? Pues porque evaporarse es más fácil si no hay gases. Un gas pesa y retiene en su sitio las moléculas del líquido. Un líquido, en zonas de más altitud, se evapora más rápido. Porque tiene menos gases encima. ¿Y la vida? Es obvio. Sin hidrosfera líquida no hay (que sepamos) vida. Y sin atmósfera es muy complicado que una hidrosfera aguante.

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¿Y Marte?

Tuvo campo magnético, sí. Hoy no, pero lo tuvo tiempo atrás. Lo sabemos por el estudio del hierro de sus rocas. Pero un campo magnético raro. Lo sabemos porque Sabine Stanley y su equipo han descubierto que sólo los minerales de las rocas del hemisferio sur están fuertemente sometidas a un antiguo campo magnético.

Campo magnético de Marte tomado de www.physics.utoronto.ca/lecture-and-seminar-series/colloquium/events/oct1906colloquium/view

Ten en cuenta que, cuando se forma una roca a partir de un magma, los cristales magnéticos se pueden mover libremente en el seno del fluido, del magma. Y si hay un campo magnético, los orientará como si fueran agujas de una brújula. Cuando el magma se solidifique, las agujas quedan congeladas en la dirección del campo que haya en ese momento. Todas ellas orientadas, todas ellas paralelas. Así, estudiando rocas de diferentes edades se puede seguir la evolución del campo magnético. A esto se le llama paleomagnetismo.

Bueno, pues con esa pinta, el campo magnético de Marte no pudo proteger su tenue atmósfera (Marte, al ser más pequeñito y tener menos gravedad, debió retener menos gases). Así que la hidrosfera de Marte tuvo que ser bastante limitadita la pobre.

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En EL PAÍS leí que la nave Venus Express ha llegado satisfactoriamente a su destino. Teniendo en cuenta los antecedentes de fracasos en misiones a Marte, no era algo tan obvio.

¿Qué interés puede tener investigar Venus? Bueno, es un planeta muy similar en tamaño a la Tierra, y está relativamente cerca de nosotros, pero resulta extraordinariamente diferente en su superficie. También en su interior. También en sus movimientos. No sabemos las razones de nada de eso.

Para empezar, su atmósfera es, básicamente, CO2. En la Tierra, al haber agua líquida, ese gas se ha disuelto en ella y ha tenido un destino muy diferente: rocas calizas (y dolomíticas). Lo que allí es vapor aquí es piedra. De ese modo, la pregunta se traslada al agua: ¿por qué Venus no la tiene líquida en su superficie? Es verdad que la temperatura superficial es superior a los 450ºC, superior a la de Mercurio pese a estar más alejado del Sol y recibir una cuarta parte de la radiación incidente. Pero se debe a su brutal efecto invernadero, causado por ese CO2 que aquí es roca. Porque hubo agua que lo disolvió. De hecho, el medirlo en ese planeta en la década de los 60 fue lo que alertó a la comunidad científica internacional sobre las consecuencias del cambio climático global.

La Tierra ha tenido un destino muy diferente. No es que Venus no tuviera agua, sino que la perdió. El viento solar puede disociar con facilidad la molécula de agua y el hidrógeno, muy volátil, se pierde hacia el espacio, con lo que sólo queda el oxígeno, que, rápidamente, se combina con otros elementos. El problema del agua no es cuestión de oxígeno, es cuestión de hidrógeno.

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La cuestión es: ¿qué ha retenido el agua en la Tierra? Bueno, hay un par de factores que ayudan. Uno es la capa de ozono. Efectivamente, su presencia en mitad de la estratosfera impide que el agua suba mucho en la atmósfera, quedando retenida en la capa inferior, la estratosfera. La razón es simple: la capa de ozono retiene energía ultravioleta, por lo que está más caliente que las capas inferiores, las que están debajo. De este modo el aire de abajo no puede ascender (¡lo frío es más denso!, no sube, en todo caso baja). Se trata de una inversión térmica pero a gran escala. Sin la capa de ozono el agua tendría acceso a niveles superiores de la atmósfera, estando expuesta a la radiación solar ionizante, que rompería la molécula, dejando escapar el hidrógeno hacia el espacio. Gracias a la capa de ozono el agua queda retenida más tiempo, mucho más tiempo.

La segunda es la magnetosfera. Al tener un campo magnético tan intenso, mucho mayor que el de Venus, o cualquier otro planeta rocoso, la radiación solar ionizante se desvía y no nos baña con la intensidad con la que golpea al segundo planeta. Así, el viento solar, esas partículas que lanza el Sol a velocidad de la luz, no llegan en cantidad suficiente como para romper el agua y dejar libre el hidrógeno. El oxígeno lo retiene junto a él.

(Por cierto que la magnetosfera no frena todo el viento solar. Tiene dos puntos débiles: los polos. Por ahí, cuando entran partículas solares a chorro se nota ese viento. Cuando choca lo que llega del Sol con los gases de la atmósfera. Produce auroras boreales. O australes, como la del vídeo, si se dan en la Antártida.)

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Ambos efectos conjugados, el de la magnetosfera y el de la capa de ozono, nos dan una Tierra con agua líquida, capaz de disolver el CO2 en agua y convertirlo en piedra. Nos dan un planeta habitable.

Por eso es preocupante recibir noticias que hablan del ascenso de la tropopausa, el límite entre troposfera (la capa con agua) y estratosfera (la capa sin agua). ¿Podemos estar poniendo en marcha un proceso de fotodisociación del agua y eliminación de hidrógeo como el que sucedió en Venus? Aunque la probalidad sea pequeña, el principio de precaución dice que, salvo que el beneficio sea evidente, sustancial e inasequible por otro camino, mejor no tocar. No es eso lo que se está haciendo.

Emissions from human activities are largely responsible for a significant increase in the height of the tropopause, the boundary between the turbulent troposphere, which is the atmosphere’s lowest layer, and the more stable stratosphere that lies above it.

Changes in well-mixed greenhouse gases, which are fairly evenly distributed in the atmosphere, and ozone, a greenhouse gas that is found in higher concentrations in the stratosphere, are the primary causes of the approximately 200-meter rise in the tropopause that has occurred since 1979.

The researchers looked at five different forcings (two natural and three human-related) that influence tropopause height. The simulations with individual forcings indicate that human-induced changes in ozone and well-mixed greenhouse gases are responsible for about 80 percent of the tropopause height changes over the 20th century.

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Creo que en las clases ha quedado más o menos claro lo que es el paleomagnetismo. Pero puede ayudar una colección de cifras curiosas.

P.ej., no sabemos bien de inversiones anteriores a la edad de los sedimentos oceánicos. No es fácil reconstruir datos de edades muy antiguas sin el auxilio de los patrones bandeados del fondo oceánico.

Las inversiones suceden, en promedio, cada 200.000 años. Pero la última tuvo lugar hace 780.000 años. Eso es normal porque los promedios informan de la tendencia, no de sucesos individuales. Pero parece que ya va tocando.

Durante las inversiones el campo magnético se debilita y nos expone al viento solar. Aunque es un proceso relativamente rápido, los homínidos hemos convivido con una larga época (10.000 años) de mínimo magnético, de inversión magnética a cámara lenta. Hace algo más de un millón de años.

Desde la primera medición del campo magnético terrestre se ha detectado una disminución sostenida (15% desde entonces) que se corresponde bien con una inversión. Los datos sugieren que el mínimo del campo se producirá en unos 1.400 años. Pero, por otro lado, la intensidad del campo magnético actual es elevada comparada con la de los últimos 50.000 años. Así que no sabemos si estamos inmersos en una inversión o en una fluctuación. Y si fuera una inversión, no sabemos lo que durará el proceso total. A mí no me pilla, creo.

La magnetosfera es muy asimétrica como consecuencia del viento solar. Además es muy extensa. En la cara que mira al Sol llega a 60.000 kilómetros de distancia, y en la opuesta a más de 300.000.

Entre los planetas rocosos, Mercurio y Marte tienen también magnetosfera, pero muy débil. Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno sí cuentan con ella. De hecho, la magnetosfera joviana es la mayor estructura del sistema solar.

Para saber más, creo que éste es el mejor enlace.

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