A los polos les gusta el movimiento

Anomalías magnéticas.  La cordillera del Atlántico .  Formación de las bandas magnéticas

Anomalías magnéticas

Cuando en los textos de física se menciona el magnetismo terrestre, se suele indicar que los polos magnéticos no han ocupado siempre la misma posición geográfica, sino que se desplazan en latitud y longitud al transcurrir grandes períodos de tiempo.  A veces también se menciona que los polos han variado su polaridad a lo largo de miles de años, y el que ahora es polo norte antes fue un polo sur, y viceversa.  Y el lector escéptico seguramente se preguntará ¿Cómo se obtuvo esta información? ¿Quién estuvo allí para atestiguarlo? ¿Cómo podemos tener la certeza de que efectivamente los polos norte y sur estaban invertidos hace miles de años? .

La respuesta tiene mucho que ver con el análisis de la distribución de las rocas en el fondo de los lechos marinos. El basalto, mineral de origen volcánico que se encuentra en el fondo de los océanos, tiene un alto contenido de magnetita (Fe₃O₄), mineral que posee propiedades magnéticas.  Cuando este mineral se encuentra en cantidades apreciables en el lecho marino es capaz de afectar la lectura de brújulas sensibles; esto último era ya conocido desde finales de la edad media por los marinos de los mares del norte, en regiones donde hay gran actividad volcánica (Islandia).  En la década de 1900-1910, B. Brunhes en Francia y M. Matuyama, en Japón, encontraron que de acuerdo a sus propiedades magnéticas, las rocas podían catalogarse en dos grandes grupos.  El primer grupo correspondía a las rocas de polaridad normal, con su magnetización orientada en la misma dirección y sentido que el campo magnético de la tierra.   El segundo correspondía a las rocas con polaridad inversa, con su magnetización orientada en sentido contrario al del campo terrestre.  Esta particularidad generó muchas interrogantes en su época, pues la existencia de estos dos tipos de orientaciones magnéticas en la corteza terrestre parecía totalmente arbitraria e inexplicable. 

Figura 1.  Cordillera del Atlántico.  Se extiende a todo lo largo del océano, creando continuamente fondo marino a partir de la extrusión de magma en su cresta.

La cordillera del Atlántico

Durante la 2da guerra mundial (1940-1946) las reservas de petróleo disminuyeron considerablemente a causa de las acciones bélicas.  Al terminar la guerra se organizó una búsqueda intensa de petróleo en las plataformas marinas para tratar de remediar la escasez de combustible.  Las compañías de petróleo construyeron buques con equipos especiales de perforación, capaces de cargar toneladas de tuberías y de perforar a kilómetros de profundidad.  Los estudios relacionados a la oceanología también fueron estimulados por esta situación, y los oceanólogos comenzaron a estudiar en detalle las características magnéticas del fondo de los océanos.  Uno de los equipos utilizados con este fin fue un tipo de magnetómetro desarrollado durante la segunda guerra mundial para equipar a los aviones dedicados a la guerra antisubmarina. 

 Las experiencias obtenidas de los buques exploradores de petróleo se aprovecharon para construir el Glomar Challenger, un barco de investigaciones diseñado específicamente para los estudios geológicos marinos, capaz de tomar muestras de roca a gran profundidad.   Posteriormente, mediante métodos paleontológicos y estudios de isótopos radiactivos, se determinó la edad de esas rocas y su orientación relativa.  Los resultados proporcionaron evidencias concluyentes en apoyo de las teorías que consideraban la continua formación de fondo oceánico a partir de la extrusión de magma en zonas muy localizadas del lecho marino.  Se comprobó que la expulsión del magma durante decenas de miles de años ha dado lugar a las diferentes cadenas montañosas existentes en el fondo de los océanos.  ¿Y por qué precisamente en el fondo de los océanos? Porque allí la corteza terrestre es más delgada, y para salir al exterior el magma necesita recorrer un camino mucho más cortó que por cualquier otra vía (figura 1).

 Los resultados fundamentales de las investigaciones de la post-guerra se pueden resumir de la forma siguiente.

La roca fundida, o magma, que fluye de los volcanes y hendiduras de la corteza terrestre, contiene gases disueltos y partículas minerales sólidas, entre ellas las partículas de magnetita mencionadas anteriormente.  La magnetita pierde sus propiedades magnéticas por encima de los 587 ^oC, pero vuelve a recuperarlas cuando la temperatura disminuye por debajo de ese valor. Cuando el magma se enfría y solidifica, las partículas de magnetita se magnetizan en la misma dirección que el campo magnético terrestre, y quedan “congeladas” en la posición original, señalando la ubicación del campo magnético de la tierra en el momento que el magma solidificó.  Así fue como se llegó a conocer con exactitud cual era la orientación del campo magnético terrestre en las diferentes eras geológicas.

En la medida que se fue revelando la distribución magnética en el fondo de los océanos, las diferencias magnéticas entre rocas con polaridad directa e inversa expuestas por Brunhes y Matuyama a principios de siglo dejaron de ser arbitrarias, y fue tomando forma un cierto patrón de distribución.  Cuando la región analizada llegó a ser suficientemente extensa, se comprobó que las regiones magnéticas en los fondos oceánicos estaban conformadas en bandas, similares a las franjas de una cebra.  Franjas de rocas con magnetización alterna de polaridad directa e inversa se alternaban a ambos lados de la cresta central del océano atlántico; las denominadas bandas magnéticas (figura 2).

Figura 2. Representación artística de la formación de las bandas magnéticas.  La corteza oceánica nueva se forma continuamente en la cresta o parte superior de la cordillera del océano atlántico: a) la cresta hace 5 millones de años, b) hace 2 millones de años, c) hoy día.  A medida que nos alejamos de la cresta atravesamos regiones cada vez más antiguas, que fueron expulsadas antes.

Formación de las bandas magnéticas

¿Cómo se formaron las bandas magnéticas? ¿Por qué son simétricas respecto a la cresta de la cordillera oceánica del océano atlántico?  La cresta oceánica es precisamente la región de formación de corteza oceánica, donde continuamente brota el magma líquido de las capas mas profundas y se solidifica.  Al invertirse el campo magnético terrestre, la inversión se refleja en la magnetización de las capas que se forman en esa época geológica.  Las evidencias más significativas en apoyo de esta afirmación son las siguientes:

1.   Lejos de la cresta las rocas son muy viejas, y a medida que nos acercamos a la cresta cada vez son más jóvenes.  Esta particularidad puede comprobarse, por ejemplo, analizando la cantidad de sedimentos depositados en el lecho oceánico.  Sobre las rocas más viejas descansa una mayor cantidad de sedimentos.

2.   Las rocas más jóvenes, cercanas a la cresta, siempre tienen polaridad normal, en coincidencia con la dirección actual del campo magnético terrestre.  Las bandas de rocas paralelas a la cresta alternan su polaridad de normal a inversa, y viceversa, indicando que el campo magnético de la tierra ha invertido su polaridad muchas veces a lo largo de millones de años.

De aquí que hoy día la corteza oceánica se considere una especie de “cinta magnética”, donde ha quedado registrada la historia del movimiento de los polos y de las inversiones del campo magnético terrestre. 

El estudio de las propiedades de las bandas magnéticas y la inversión de los polos magnéticos contribuyó grandemente a lo que hoy se conoce como teoría tectónica de placas.  La teoría explica satisfactoriamente la evolución de la Tierra, la deriva de los continentes y la localización de las regiones del planeta activas en volcanes y terremotos. 

Y, aparentemente, hay una pregunta que queda en el aire.  Si continuamente se forma corteza terrestre en el fondo de los océanos, ¿por qué no aumenta el tamaño de la tierra?  Pues porque también existen regiones donde continuamente desaparece corteza terrestre. Por ejemplo, en el borde de océanos y continentes la corteza oceánica se hunde por debajo de la continental, dando origen a volcanes, terremotos y cadenas montañosas.  En la figura 3 se muestra esquemáticamente el proceso de hundimiento o subducción de la corteza oceánica en la costa suramericana del océano pacifico, junto con la trinchera característica que se origina durante el proceso (trench).  La subducción de la corteza en esta región del continente suramericano ha dado origen a la formación de volcanes e inmensas cadenas montañosas (la cordillera de los Andes).  Se sabe que otras cadenas montañosas, por ej., los Himalayas, tienen un origen similar, aunque en ese caso el proceso de subducción no tiene lugar en una zona costera.

Figura 3.  Proceso de subducción de la corteza oceánica en la costa oeste suramericana.  La litosfera se introduce por debajo de la corteza continental, elevándola e incrementando la temperatura de las rocas, dando origen al surgimiento de volcanes.