104-9@.LA TIERRA:“una historia interminable”. Insolación y Radiación solar. Eyección de masa coronal. Magnetosfera y cinturones Van Allen. Temperatura-Presión y Densidad del planeta

Cada día sabemos más y entendemos menos

Albert Einstein [1879-1955]. Científico alemán nacionalizado estadounidense

La Insolación solar

Es la cantidad de energía en forma de radiación solar[1] que alcanza a la Tierra en un día [insolación diurna], o en un año [insolación anual]. Se calcula y se mide en el nivel superior de la atmósfera, o en su forma “atenuada”, cuando se mide en la superficie del planeta tras su paso por la atmósfera.

La unidad de medición es el denominado Langley [Ly] en julio.m², que es la unidad  utilizada para medir la radiación solar o insolación que nos llega del Sol, tanto en la superficie de la Tierra como al nivel superior de la atmósfera.

1 Langley = 1 caloría / cm²

► La constante solar [K]: es la cantidad de energía recibida en forma de radiación solar en la unidad de tiempo y por unidad de superficie. Los satélites han arrojado un valor promedio de 1366 W.m^{2 (Vatio.m2)}.

La constante solar se expresa también en:

• calorías / cm² . minuto, sabiendo que: 1 julio = 0,24 calorías;

• que 1 minuto = 60 seg., y que 1 m² = 100 .100 cm² = 10⁴ cm^2,     

Es: K=1366.julios/s.m² = 1366 x 0,24 x 60/10^³ =1,967 calorías/cm². min. 

          

► La luminosidad solar: es la cantidad de energía emitida por el Sol, en la unidad de tiempo.

Tanto la luminosidad solar como la masa solar son parámetros utilizados astronómicamente como una unidad de medida de otros objetos astronómicos[2]. En el siguiente Cuadro se establece una tabla comparativa de objetos astronómicos conocidos,  siendo como hemos citado el Sol la “unidad”,así:

NOMBRE	Denominación Astronómica	Tipo de Estrella	Tipo espectral	Luminosidad [L Sol]
Próxima Centauri	V645 Centauri	Enana roja	M5.5Ve	0,000138
Estrella Van Maanen	GJ 35	Enana blanca	DZ7	0,00018
SOL		Enana amarilla	G2V	1
Vega	Alfa Lyrae	Estrella blanca	A0V	37
Aldebarán A	Alfa Tauri	Gigante naranja	K5III	350

La Radiación solar[1]  

El Sol se encuentra a una temperatura media  en superficie de unos 5.727ºC teniendo en su interior una serie de reacciones de fusión nuclear que van reduciendo su masa al transformarse en energía. Es esta energía liberada la transmite el Sol en forma de radiación solar[1].

La radiación solar[1]  es pues, el conjunto de las radiaciones electromagnéticas que emite el Sol en un tiempo determinado, y su magnitud se denomina “irradiancia” [3], que es la que mide la potencia por unidad de superficie que llega al planeta, siendo su unidad el W/m² [Vatio/m²]. Se distribuye esta energía desde el infrarrojo hasta el ultravioleta, aunque algunas radiaciones como las ondas ultravioletas nocivas no llegan a la Tierra al ser absorbidas por los gases de la atmósfera.

La atmósfera terrestre es “diatérmana”, es decir, deja pasar el calor con facilidad y no se calienta directamente por la radiación solar, sino que ésta es calentada indirectamente por la reflexión de dicha radiación de la superficie del suelo y de los mares y océanos. Ésta energía recibida del Sol, después de atravesar la capa atmosférica casi sin calentarla, produce una elevación de temperatura en la superficie terrestre. El aire se calienta más en unas zonas que en otras de la atmósfera, causando desequilibrios térmicos, que son el origen de la circulación atmosférica que tiende a mitigar esta diferencias de temperatura entre el día y la noche y entre las diferentes zonas geoastronómicas[4]. Casi todos los efectos que se producen en la atmósfera como tormentas, huracanes/ciclones, tornados, etc., están directamente concernidos por la radiación solar[1] y los saltos térmicos que se producen sobre la superficie terrestre.

La energía eólica es otra forma de aprovechamiento de la radiación solar[1] de la Tierra, ya que ésta, al calentar con diferente intensidad las diferentes zonas de la superficie terrestre, da origen a los vientos que pueden ser utilizados para la generación de electricidad y otros usos.

1.  RADIACIÓN SOLAR: es el conjunto de las radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. El Sol es una estrella que se encuentra a una temperatura media de unos 6.000ºK o 5.727ºC, en cuyo interior se producen reacciones de fusión nuclear que se traduce en una pérdida de masa que se transforma en energía. Esta energía liberada la emite el Sol al exterior mediante radiación solar, que se distribuye desde la banda del infrarrojo hasta el ultravioleta. Esta irradiación la distribuye el Sol “radialmente” en torno a su esfera, por lo que no toda esta radiación llega a la superficie de la Tierra. Además las ondas ultravioletas mas cortas son absorbidas por los gases de la atmósfera terrestre. Por lo tanto la radiación solar que llega a la Tierra es la Irradiancia, que mide la potencia por unidad de superficie que alcanza la Tierra, siendo esta unidad el W/m² o vatio por m². En números absolutos la radiación solar que recibe la Tierra es de 63.450.720 W/m². La energía que llega al exterior de nuestra atmósfera terrestre, perpendicular mente a su superficie, se establece en una cantidad fija llamada “constante solar” = 1.373 W/m² según la escala del World Radiation Reference Centre o WRRC,y de 1.353 W/m², según fuentes de la NASA, siendo esta cantidad variable durante el año en un ±3% como consecuencia de la “elipticidad de la órbita terrestre” en torno al Sol. Ello quiere decir que su radiación aumenta en órbitas más circulares y disminuye en órbitas más elípticas, lo cual es otro factor a contemplar de cara a los cambios climáticos.

2.  OBJETOS ASTRONÓMICOS: del Sistema Solar: 1 Estrella; 8 Planetas mayores; 5 Planetas Enanos [y docenas pendientes de inclusión]; 400 satélites naturales; 587.479 Planetas Menores, 3.153 Cometas, 19 Satélites Asteroidales y cientos de millones de cuerpos, centauros y polvo cósmico de dimensión muy variable situados en los cinturón de Kuiper y la nube de Oort. A principios del 2016 fue publicado un estudio sobre la posible existencia de un noveno planeta en el Sistema Solar, al que se dio el nombre provisional de PHATTIE.

3.  IRRADIANCIA: es la magnitud que sirve para describir la potencia incidente por unidad de superficie, de “todo tipo” de radiación electromagnética, potencia incidente sobre unidad de superficie en que incide la onda. Se mide en la unidad: W/m² [Vatio/m²]. La escala del WORLD RADIATION REFERENTE CENTRE o WRRC estable que la “constante solar” que llega a la atmósfera superior de la Tierra por unidad de superficie y tiempo es de= 1.373 W/ m².

Magnitud física	Simbolo	Unidad de medida	Abreviatura	Observaciones
Energía radiante	Q	Julio	J	Energía
Flujo radiante	Φ	Vatio	W	Energía irrad./ tiemp.
Intensidad radiante	I	Vatio por estereorradián	W.sr−1	Potencia por unidad
Radiancia	L	Vatio por estereorradián por m²	W.sr−1.m−2	Potencia
Irradiancia	E	Vatio por m²	W.m−2	Potencia/und. superf.
Emitancia radiante	M	Vatio por m²	W.m−2	Potencia/und. superf.
Radiancia espectral	Lλ	Vatio por estereorradián por m³	W.sr−1.m−3	Intensid./ und.superf.
Irradiancia espectral	Eλ	Vatio por m³	W.m−3	Potencia

4. ZONAS GEOASTRONÓMICAS: son aquellas zonas o “paralelos” notables o principales en las que se divide a la superficie terrestre. Existen CINCO zonas geoastronómicas: DOS zonas templadas, una “norte” entre el paralelo 23,5º y el 66,5º Norte, y otra “sur” entre el paralelo 23,5º y el 66,5º Sur; DOS zonas polares, una Norte o Ártica por encima del paralelo 66,5º Norte y otra Sur o Antártica por debajo del paralelo 66,5º Sur; y UNA zona intermedia o Intertropical que recoge el ecuador terrestre, y que se sitúa entre los paralelos 23,5º Norte y el paralelo 23,5º Sur.

La radiación solar[1]  como motor del planeta

Como hemos citado, la atmósfera tiene una propiedad singular con la diatermia, es decir se deja atravesar sin calentarse, dejando llegar a la superficie terrestre las radiaciones electromagnéticas emitidas por Sol o radiación solar, que se encuentra formada por la combinación de campos eléctricos y magnéticos. Esta energía recibida por la superficie terrestre o irradiancia se traduce en un valor medio o “constante solar” =1.373 W/m² según la escala establecida por el World Radiation Reference Centre o WRRC, y de 1.353 W/m², según fuentes de la NASA.

Esta energía externa recibida por el planeta, se “une” a la “otra” energía interna o geotérmica recibida desde el núcleo de la Tierra. Sin ambas energías, la vida en el planeta no se hubiera desarrollado.

Casi toda la totalidad de la energía utilizada por los seres vivos procede del Sol. Esta energía genera la temperatura en la superficie terrestre y el efecto de la atmósfera combinado con el clima, sirven para mitigar las temperaturas entre el día y la noche, así como entre las diferentes zonas geoastronómicas[4] de nuestro planeta.

Las plantas la absorben directamente y realizan uno de los fenómenos “esenciales para la vida”, la fotosíntesis[5], de la que hemos hablado y dada su importancia desarrollaremos más adelante. Por ejemplo sin la fotosíntesis[5], los combustibles fósiles que son en la actualidad la fuente principal de energía de los seres vivos, y que se formaron merced a la energía capturada y transformada por las plantas hace miles de millones de años, esta energía no se hubiera producido.

La radiación solar[1] se ha establecido por el WRRC en los 631450.720 W/m².

Esta energía es una mezcla de radiaciones electromagnéticas cuyas longitudes de onda se sitúan entre los 200 nm y 4000 nm[6], distinguiendo entre ellas la radiación ultravioleta, la luz visible y la radiación infrarroja, así:

► Radiación ultravioleta: es una radiación de menor longitud de onda, del orden de los 360 nm, que conlleva mucha energía interfiriendo en los enlaces moleculares, en especial de aquellas ondas menores a los 300 nm[6] [la del ultravioleta cercano de 380 nm[6], por ejemplo tiene una energía de 523.10^-21 Julios], que pueden alterar las moléculas de ADN, esenciales para la vida.

Como hemos referido son absorbidas por la parte alta de la atmósfera, en especial por la capa de ozono. Es “fundamental” protegerse de este tipo de radiación, dado que puede conllevar alteraciones del ADN asociado al cáncer de piel. Formaciones nubosas en la atmósfera como los cúmulos pueden atenuar estos efectos, aunque el riesgo solar sigue existiendo y su pantalla no es una garantía.

► Espectro de luz visible: es la región del espectro electromagnético que es visible para el ojo humano. A la radiación electromagnética en este rango de longitudes de onda se la denomina como luz visible, o simplemente “luz”, y aunque no hay límites exactos en el espectro visible, el ojo humano responde a longitudes de onda que se sitúan de los 390 a 750 nm[6]. Su desarrollo y el estudio del espectro de luz, no son objeto de esta página, pero entran dentro del estudio de la interacción entre la radiación electromagnética y la materia, o Espectroscopia. 

► Radiación infrarroja: es una radiación que se sitúa en más los 760 nm[6], es decir se corresponde con ondas más largas, con poca energía asociada. Son los gases invernadero de la atmósfera como el CO₂, el vapor de agua y las pequeñas gotas de agua en suspensión en las nubes, los que absorben con mucha intensidad estas radiaciones infrarrojas.

La atmósfera se ha convertido en un filtro, ES UN FILTRO, dado que entre las múltiples capas que la forman, distribuye la energía solar para que llegue a la superficie terrestre tan solo una parte de estas radiaciones. Por otro lado y entre las buenas funciones que ejerce la atmósfera, es que en su parte externa absorbe parte de estas radiaciones, reflejando al espacio exterior el resto. Esta situación establece un determinado “balance térmico”, cuyo resultado es el ciclo del equilibrio radiante.

La radiación infrarroja aporta a la Tierra una energía de 324 W/m², de los cuales: 236 W/m² son reenviados al espacio exterior, 86 W/m² son reflejados por las nubes y 2 W/m² son reflejados por el suelo en forma de radiaciones de onda corta. Pero el reenvío de esta energía no se realiza directamente, sino que parte de ella es absorbida por la atmósfera generando el efecto invernadero.

5.  FOTOSÍNTESIS: La fotosíntesis es la conversión de materia inorgánica en materia orgánica gracias a la energía que aporta la luz solar. En este proceso la energía lumínica se transforma en energía química estable. De todas las células eucariotas, únicamente las fotosintéticas presentan cloroplastos, poseen unos orgánulos que usan la energía solar para impulsar la formación de ATP y NADPH, que son compuestos utilizados con posterioridad para el ensamblaje de azúcares y otros compuestos orgánicos.

6. NM [Nanómetro o nm]: viene de la unión de los prefijos griegos “nano”=enano y “metron”= unidad de medida y equivale como unidad de longitud del Sistema Internacional de Unidades [SI] a la “millonésima parte de un metro” o lo que es igual a la notación científica de 1nm=10⁻⁹ m=10 ângstroms. La nueva ciencia denominada como Nanotecnología y los nuevos materiales como el Grafeno [Etiqueta 76 de JUAN ADIA] establecerán un salto cualitativo en los avances tecnológicos del ser humano.

Eyecciones de la masa coronal del Sol [CME]

Serían los aficionados astrónomos ingleses Richard Christopher Carrington y Rchard Hogson, descubridores de la rotación diferencial de Sol mediante la observación de sus manchas solares, los que por primera vez observaron una erupción solar el 1 de septiembre de 1859, dándosele posteriormente el nombre de “evento Carrington” por los efectos catastróficos que esta erupción solar produjo en ésa época. Ésta “fulguración solar” fue una “llamarada blanca” extraordinariamente intensa, que pudieron recoger proyectando la imagen producida por un telescopio óptico sin filtros.

Las fulguraciones solares están siempre asociadas a las Eyecciones de Masa Coronal [o las CME], y son de una importante influencia en nuestra meteorología terrestre. Éstas liberan una cascada inmensa de partículas de alta energía a la que se conoce como tormenta de protones, que pueden atravesar el cuerpo humano provocando en él daños bioquímicos. Su flujo de rayos X incrementa la ionización de la atmósfera superior, interfiriendo en las comunicaciones de radio en onda corta, y aumentando el “rozamiento” de los satélites situados en órbitas bajas, lo que los puede llevar a su decaimiento  orbital.

Las Eyecciones de Masa Coronal [CME] son ondas de radiación y viento solar que se desprenden del Sol, en períodos denominados como de “máxima actividad solar”. Es una onda de alta peligrosidad para la Tierra, que tras su impacto con el campo magnético, puede devenir en grandes daños en los satélites geoestacionarios,  sistemas de comunicación terrestres, red y centrales eléctricas, transformadores, etc.

El material eyectado por las CME es un plasma de electrones y protones, conteniendo además pequeñas partículas de helio, oxígeno e incluso hierro. Su origen parece ser que se debe a la “reconexión magnética”  o el reordenamiento de las líneas del campo magnético que se producen en el Sol, y que viene acompañado a su vez por una liberación espontánea de la energía almacenada en los campos originales, que es eyectada de forma opuesta.

Estas acciones pueden originar una “tormenta geomagnética” en la Tierra, es decir  una perturbación temporal de la magnetosfera terrestre que puede ser causada por las CME y por el viento solar. El incremento de la presión de este viento solar comprime la magnetosfera, interactúa con el campo magnético terrestre y trasfiere la energía recibida a la magnetosfera. Esta presión sobre la magnetosfera puede aumentar o disminuir en función de la actividad solar [ver imagen].

Sus fases o etapas son:

► 1º - Erupción solar: ocurre en la superficie del Sol, seguramente como hemos citado debido a una “reconexión magnética” de sus regiones más activas.

► 2º - Fulguración solar: durante la erupción solar se liberan inmensas cantidades de radiación electromagnética en todo el espectro, desde los rayos gamma hasta la onda corta, que viaja por el medio interplanetario y choca con la Tierra en aproximadamente unos 8 minutos, si la eyección es realizada por el Sol en dirección coincidente con la situación de la Tierra.

► 3º - La Eyección de Masa Coronal o CME: sucede posteriormente a la fulguración solar, y en algunos casos es impulsada como una nube de plasma o eyección de masa coronal. Su dirección y orientación dependen de su zona o origen de formación, sus efectos en el caso de ir dirigida hacia la Tierra, como hemos citado, pueden ser catastróficos.

Se sabe que ha habido planetas que al no tener un campo magnético potente, han sido “desposeídos” por el viento solar de la pequeña atmósfera que hubieran podido formar gravitacionalmente. Ha sido por lo tanto el campo magnético terrestre o campo geomagnético, el mejor sistema de protección de la Tierra frente a agentes exteriores como los vientos solares.

La magnetosfera de la Tierra

Las últimas investigaciones establecen que el campo magnético terrestre no se formó en el origen del planeta hace 4.567 mill.años, ni se produjo tampoco tras el impacto de TEA y la formación de la Luna hace 4.533 mill.años, y ni tan siquiera tras su conformación final hace 4.470 mill.años, sino posiblemente unos 1.000 mill.años después hace aproximadamente unos 3.500 mill.años. Este campo magnético si que propició y coadyuvó a la protección de la atmósfera terrestre de los vientos solares y las virulentas eyecciones de plasma, que bombardeaban el planeta.

La magnetosfera terrestre no es única entre los planetas del Sistema Solar que poseen campo magnético como Mercurio, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. En Ganímedes satélite de Júpiter, y en Marte, solo existe una magnetización superficial, sin magnetosfera exterior.  Su historia es reciente, fue descubierta en 1958 por el satélite Explorer I, aunque antes se conocieran algunos efectos magnéticos en el espacio como consecuencia de las erupciones solares que producían a veces tormentas magnéticas en la Tierra.

Sería Thomas Gold quien en 1959 propusiera el nombre de “magnetosfera” al escribir:

“La región por encima de la Ionosfera, en el campo magnético de la Tierra, predomina sobre las corrientes de gas y partículas répidas cargadas. Se sabe que se extiende en una distancia del orden de 10 radios terrestres, por lo que podría ser llamada apropiadamente como magnestosfera” [sic.]

Existe pues una cierta coincidencia en esta fecha de hace unos 3.500 mill.años, con “dos hechos singulares” en la Historia de la Tierra:

1º ► Por un lado la aparición verificada de los primeros estromatolitos o camas[7] que han señalado a los científicos un comienzo de la VIDA en el planeta. Este último antepasado común universal [last universal common ancestor], denominado LUCA[8] por sus siglas del que devino el hipotético primer organismo, aparecido aproximadamente hace 3500 millones de años en el llamado Eón Arcaico, ha sido considerado el antepasado común más reciente del conjunto de todos los seres vivientes, incluso de los conocidos como fósiles.

2º ► Al mismo y tras el declive de las erupciones volcánicas, la existencia ya de una Atmósfera formada a través de las inmensas cantidades generadas de vapor del agua contenida y atrapada en las rocas del interior de la masa eruptiva y que al pasar a la atmósfera, quedó «atrapada» por el ámbito gravitacional de la Tierra dada su masa. Tras millones de años, esta atmósfera gradualmente permitió reducir las temperaturas en la superficie y la formación de una Corteza terrestre solidificada y habitable. Aunque esta “formación” de la atmósfera en el planeta no la debemos confundir con la “aparición” de los Océanos, que como veremos más adelante, las últimas investigaciones lo datan sobre hace unos 4.100 millones de años.

Como hemos citado al hablar del Núcleo interno [ver Etiqueta 100], la Tierra genera un campo magnético que se extiende desde su Núcleo interno al Núcleo externo que hace de geodinámo[9], envolviendo el planeta con dos anillos toroidales denominados cinturones Van Allen, y extendiéndose hasta su encuentro con el viento solar.

El campo magnético se puede asemejar al de un campo creado por un dipolo magnético, que en el caso del planeta se encuentra inclinado en 11,5º con respecto al eje de Rotación. Este momento dipolar que establece la intensidad del campo magnético es según medición de la actualidad de 8x10²²amperiosxm², medición considerada el “doble” de la media determinada en el último millón de años, que se ha establecido en: 4x10²²amperiosxm² .

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La magnetosfera que origina en Núcleo externo de la Tierra, es la que genera los fenómenos de convección que se producen en su masa de hierro fundido que combinados con la rotación este-oeste de dicho núcleo causada por la rotación terrestre [efecto de Coriolis[10]], originan el campo magnético terrestre, proceso similar al de la Hipótesis de la Dínamo[9].

La capa que se forma y extiende por encima de la ionosfera por la interacción del viento solar y el magnetismo de la Tierra por encima de los 500 kms. de altura, sirven de protección a la Tierra de los efectos de la radiación, especialmente del viento solar y de gran parte de los rayos cósmicos.

Esta magnetosfera desvía las partículas cargadas hacia los polos  magnéticos, siendo la causa también de las auroras australes y boreales.

Si no existiera la magnetosfera, la VIDA en la Tierra probablemente no habría surgido o hubiera surgido de forma diferente a la que conocemos, debido a la alta radiación a la que el planeta se encuentra sometido por el Sol. Si no existiera, el planeta hubiera ido perdiendo el agua tanto de la atmósfera como de los océanos, al igual a lo que le ha podido ocurrir al planeta Marte.

La intensidad del viento solar y la intensidad del campo magnético es muy variable. En la zona que sufre la acción del viento solar y se encuentra más comprimida, se denomina como “magnetopausa” y se sitúa a unos cien mil kms. de la superficie del planeta, sin embargo en la dirección contraria al Sol, la acción de presión del viento solar expande la magnetosfera y la prolonga elipsoidalmente hasta más del millón de kms. [ver imagen].

7. ESTROMATOLITOS [o CAMAS]: son formas de la célula primitiva (del griego strōma = cama/alfombra y litho = piedra). Son estructuras carbonatadas estratificadas que tienen formas diversas, que se han formado en aguas someras por la captura y fijación de partículas carbonatadas por parte de las primeras células vivas, las Cianobacterias.

8. LUCA [last universal common ancestor]: El último antepasado común universal, conocido por sus siglas en inglés, es el hipotético último organismo del que descienden todos los existentes. Es el antepasado común más reciente de todo el conjunto de los seres vivos actuales y probablemente también de todos los conocidos que han aparecido como fósiles, aunque no se puede descartar teóricamente que se identifiquen restos de otros seres vivos de la misma o mayor antigüedad que él. Se estima que vivió hace alrededor de 3.500 millones de años.

9. HIPÓTESIS DE LA DÍNAMO: es la teoría científica que intenta explicar el mecanismo por el que un cuerpo celeste, como por ejemplo la Tierra, genera un campo magnético a su alrededor. En el caso de la Tierra se cree que su campo magnético está causado por el movimiento de “convección” que se produce en su masa de hierro y níquel fundidos del interior del Núcleo, que se une al efecto Coriolis que aparece por la rotación terrestre. Cuando un cuerpo fluido conductor se desplaza por un campo magnético, aparecen corrientes eléctricas inducidas que generan “otro campo magnético”. Este campo inducido unido al campo preexistente es el mismo efecto que se produce en una dinamo: el campo total se sostiene a sí mismo.

10. CORIOLIS [El Efecto]: El efecto Coriolis es una fuerza inercial o ficticia descrita en 1836 por el científico francés Gaspard-Gustave Coriolis, que aparece cuando un cuerpo está en movimiento sobre los objetos que se mueven sobre su superficie. En el caso de la Tierra aparece en los cuerpos que están en movimiento en su superficie como consecuencia de la Rotación, siendo la tendencia de giro según el hemisferio que consideremos. La fuerza de Coriolis es realmente la suma de dos fuerzas: una componente tangencial y una componente radial, siendo siempre perpendicular a la dirección del eje de rotación del sistema.

La Inversión Geomagnética o de la “polaridad” terrestre,

es el resultado del cambio de orientación o polaridad del campo magnético terrestre, de forma tal, que las posiciones del polo norte y del sur se intercambian. Ocurre de manera ocasional en intervalos de tiempo “aleatorios” pero que se han producido con una frecuencia entre las 1 a 5 veces cada millón de años, lo cual dada la edad del planeta [4.470 mill.años], hace que haya sido un hecho relativamente común.

La última reversión conocida es la denominada de Bernard Brunhes y Motonori Matuyama [o Brunhes~Matuyama], un evento que se produjo hace 780.000 años, hecho constatado científicamente y del que se tiene constancia de que el campo magnético terrestre hizo su última inversión de polaridad.

Los dos polos magnéticos se desplazan de forma independiente el uno del otro, y no están situados perfectamente “enfrentados” en puntos opuestos del globo, no es un eje coincidente como el del eje de Rotación terrestre.

A veces su movimiento es acelerado, habiéndose detectado en la actualidad desplazamientos en el polo norte magnético de más de 50 kms. por año, unos 125 metros/día [ver imagen]. En los últimos 180 años el polo norte magnético ha estado “migrando” hacia el noroeste, desde el Cabo de Adelaida en 1831 hasta la bahía de Resolute en 2001, cubriendo una distancia-desplazamiento de más de 600 kms..

Actualmente el valor promedio del campo geomagnético se “reduce” en su intensidad, habiéndose producido un declive total estimado entre el 10 y el 15% en los últimos 150 años.        

Sus causas se desconocen, se sabe que se produce de forma repentina, pero como publicó la revista Science recientemente: “el campo magnético de la Tierra no es tan simple como creíamos”. Además, independientemente de los polos norte y sur, existe otro campo magnético protector más débil que se encuentra extendido por toda la superficie del planeta. El mapa de sus isolíneas de intensidad son denominados cartas isodinámicas, que ha establecido un mínimo de intensidad sobre América del Sur y un máximo sobre el norte de Canadá, Siberia y la costa Antártica al sur de Australia [ver imagen].

¿Cuáles pueden ser las consecuencias para el planeta, de una nueva Inversión Geomagnética?

Se conoce que la última inversión magnética, llamada de Brunhes-Matuyama, se produjo en el planeta hace 780.000 años. Realmente se desconocen sus efectos ante la falta de datos científicos su efecto. Pero si somos conscientes de que en la actualidad nuestra sociedad es altamente dependiente de la tecnología, y somos altamente vulnerables ante los campos magnéticos, y los sistemas terrestres pueden verse muy alterados por las perturbaciones electromagnéticas que se produzcan, pensemos por ejemplo en los sistemas de navegación basados en los satélites geoestacionarios, líneas y centros de electrificación terrestre, etc.

Además en la fase de cambio de polaridad, se estima por los científicos que el campo magnético terrestre podría quedar “desactivado” durante un corto plazo [¿?], dejando al planeta en una situación muy vulnerable ante las partículas cargadas del viento solar y las cósmicas. Los peligros pueden ser por lo tanto impredecibles e indefinidos, y desde luego científicamente se desconoce su alcance en otros muchos sistemas como por ejemplo en la atmósfera, en la climatología, etc.

Los cinturones de Van Allen [ver imagen]

En 1958 en base a los datos obtenidos del satélite Explorer 1, James Van Allen, físico estadounidense al frente del Instituto de Física de la Universidad de Iowa, llevó a cabo investigaciones sobre los rayos cósmicos y la física atmosférica, descubriendo la existencia de dos zonas de radiación de alta energía que circundaban la Tierra, llamadas en su honor como cinturones Van Allen.

Los cinturones de Van Allen son áreas en forma de anillo de forma toroidal en las que los protones y electrones se mueven en espiral entre los polos magnéticos terrestres, formando dos cinturones “separados” cuyos valores son aproximados y no conforman una “esfera magnética” sino que también son “asimétricos”, es decir en algunas zonas se encuentran más cerca de la superficie del planeta, así:

1º ► El cinturón interior: se extiende desde los 1.000 hasta los 9.500 kms. por encima de la superficie del planeta, y contiene protones y electrones de origen solar y ionosférico.

2º ► El cinturón exterior: que se extiende desde los 15.000 a los 28.000 kms. por encima de la superficie y de forma separada al anterior que contiene principalmente electrones del viento solar. Su acción no afecta a los satélites en órbitas medias-altas como los geoestacionarios que se sitúan sobre los 36.000 kms. de altitud.

Estos cinturones de radiación son el producto del intenso campo magnético terrestre que se genera con la Rotación del planeta.

Las partículas de este campo atrapan partículas cargadas [plasma] que proceden del viento solar, así como las partículas cargadas que se han generado por la interacción de la atmósfera terrestre con la radiación cósmica y la solar de alta energía. Se sabe que estos cinturones contienen antiprotones y antipartículas de una enorme fuerza electromagnética.

La Anomalía del Atlántico Sur [AAS]

La Anomalía magnética del Atlántico Sur [ver imagen] es una región del primer “cinturón interior” Van Allen, que se encuentra a pocos cientos de kilómetros [unos 200 kms.] de la superficie del planeta.

Los cinturones Van Allen como hemos citado son “asimétricos” respecto del eje magnético del planeta, que como sabemos se encuentra inclinado a 10,5º respecto del eje rotacional terrestre, que a su vez también vimos en el Etiqueta 101 que también se encuentra inclinado 23º27´ respecto al plano de la eclíptica. La intersección entre ambos ejes no se encuentra situada en el centro del planeta sino a 500 kms. al norte, así que el “cinturón interior” se ubica más cerca de la superficie terrestre sobre el océano atlántico.

La forma del AAS cambia con el tiempo, pero no solo a largo o mediano plazo, sino que puede hacerlo durante el día. Esta anomalía a la altitud de 500 kms., se amplia desde los –50º a los 0º de latitud geográfica, y desde los –90º a los 40º de longitud.

En la imagen se establece en color rojo sobre una mapa la Anomalía, que es una “depresión en el campo magnético terrestre”, lo que permite que los rayos cósmicos y partículas cargadas puedan alcanzar con su efectos nocivos, bajas altitudes sobre la superficie terrestre [ver imagen].

Su importancia deviene de que es la región en donde existe una mayor radiación solar, situación muy importante para el paso de satélites y naves espaciales. Estas implicaciones, unidas a que su origen y consecuencias no son conocidas, ha motivado a los científicos a un estudio de la región y una vigilancia permanente del fenómeno.

Etiqueta 101-http://juan-adia.blogspot.com.es/search/label/101%20-%206%40.LA%20TIERRA%20%E2%80%9Cuna%20historia%20interminable%E2%80%9D%3A%20La%20Ecl%C3%ADptica.%20Sus%205%20%E2%80%9Cmovimientos%E2%80%9D%3A%20Rotaci%C3%B3n%2BTraslaci%C3%B3n%2BPrecesi%C3%B3n%2BNutaci%C3%B3n%2B%20%20bamboleo%20de%20Chadler.%20Los%20ciclos%20de%20Milankovitch

Las Temperaturas y Presión del interior de la Tierra

El interior de la Tierra se caracteriza por un aumento gradual de tres factores fundamentales e íntimamente ligados: temperatura, presión y densidad.

La temperatura de la Tierra aumenta con la profundidad en base a un fenómeno conocido como “gradiente térmico[11] o geotérmico”, alcanzando en el centro de la Tierra según las últimas investigaciones, temperaturas superiores a los 7.000ºK, equivalentes a los 6.726,85ºC, y que aunque pueda extrañar, son superiores a los 5.727ºC existentes en la superficie del Sol.

Durante sus años de formación, el planeta ha ido reteniendo mucha de la energía adquirida en su años de transformación tanto internamente como debida al efecto de factores externos, y el calor fluye de manera continua hacia la superficie perdiéndose en el espacio. El aumento de la presión provoca con la profundidad un incremento en la densidad de las rocas. Esta temperatura y presión a medida que se incrementa la profundidad afecta a las propiedades físicas y por lo tanto al comportamiento mecánico de los materiales terrestres. 

Si la temperatura supera el punto de fusión de un material, los enlaces químicos de este material se rompen dando lugar a la fusión del mismo. Pero si la temperatura  fuera el único factor que determinara la fusión, nuestro planeta sería una bola fundida internamente cubierta por una costra o capa exterior delgada y sólida. Al entrar sin embargo la presión como factor al aumentar la profundidad, ésta presión tiende a incrementar la resistencia de la roca, produciendo un aumento de la densidad que a su vez produce un aumento de volumen.

Toda esta combinación de factores físicos y químicos que repercuten en los materiales que forman el planeta, determinan la mecánica terrestre, generando las llamadas corrientes de convección en el Manto, que hacen derivar los continentes que flotan sobre él.

La Corteza[12] es sólida y rígida, y posee una densidad media de 2,8 gr/cm³.

Entre los 400 y los 700 kms. de profundidad, la propagación de las ondas sísmicas han determinado temperaturas entre los 1.500 y los 1.900ºC. 

El Manto contiene el magna o rocas fundidas que se deforman plásticamente generando corrientes de convección, variando su densidad media entre los 3,4 y los 4,6 gr/cm³, y variando sus temperaturas entre los 600 y los 2.500ºC. El Manto inferior, con una densidad media entre los 4,6 y los 5,5 gr/cm³, termina en la discontinuidad de Gutenberg[13] a 2.900 kms. de profundidad, que lo separa del Núcleo externo.

El Núcleo externo, como hemos citado se encuentra en un estado plástico-fluido creando las corrientes de convección y girando sobre el Núcleo interno. A esta profundidad se ha observado que no se propagan las ondas sísmicas transversales, de lo que se infiere la fusión de lo que se denomina Núcleo exterior y la existencia a esta profundidad de temperaturas del entorno de los 3.700ºC. A los 5.150 kms. de profundidad, límite inferior del Núcleo externo, se produce la “reaparición” de este tipo de ondas lo que ha indicado la existencia de temperaturas por debajo del punto de fusión de los 4.300ºC. 

A partir de este límite se inicia el Núcleo interno que se sitúa entre los 5.150 y los 6.371 kms. de profundidad, donde como hemos citado la Temperatura puede alcanzar los 6.726,85ºC, una Presión que puede alcanzar los 360 GPa [1GPa o gigapascal=10⁹ Pa], y teniendo una Densidad promedio muy alta del entorno de los 12,5 gr/cm³, la más alta de todos los planetas del Sistema Solar.

11. GRADIENTE TÉRMICO: o gradiente de temperatura, se denomina a la variación de temperatura por unidad de distancia. En el sistema internacional se define en grados Kelvin como la relación Kelvin/metro. En síntesis el gradiente térmico es la transferencia de calor desde un cuerpo caliente hacia un cuerpo más frío.

12. CORTEZA [Terrestre]: capa más superficial de la Tierra. Está formada por rocas que se sitúan sobre los continentes y las plataformas continentales. Esta capa está formada por rocas replegadas que forman las cordilleras actuales y antiguas de los continentes, así como la base de las plataformas continentales y los fondos marinos. Tiene un espesor entre los 0 y -130 kms. de profundidad, a la que se sitúa la discontinuidad de Mohorovicic, capa que la separa del Manto superior. Se denomina como Litosfera, denominándose como Astenosfera su capa más dúctil que se sitúa entre los -30 y los -130 kms., siendo la Astenosfera muy discutida tanto su existencia como su espesor que antiguamente formaba parte del Manto superior. La Corteza comprende en todo su espesor dos zonas diferenciadas la Corteza Terrestre y la Corteza Oceánica.

13. DISCONTINUIDAD DE GUTENBERG: es la división existente entre el Manto inferior y el Núcleo externo de la Tierra. Se encuentra a 2900 kms. de profundidad y se caracteriza por ser el límite donde se generan las corrientes electromagnéticas que dan origen al “campo magnético” de la Tierra, gracias a la acción “convectiva” del roce entre el “Núcleo externo”, que se encuentra formado por materiales ferromagnéticos, y “ Manto interno o inferior”.

El origen de la temperatura existente en la Geosfera[17]

Este calor interno de la Tierra se ha formado por la combinación de dos factores esenciales:

1º► El calor residual de la “acreción planetaria”, que se ha estimado en un porcentaje del 20% sobre el total, y que se une a

2º► El calor producido por la “desintegración radiactiva” producida por los isótopos con mayor producción de calor en la Tierra: el potasio-40, el uranio-235 y 238 y el torio-232 que supone el restante 80% del total.

Debido a que la mayor parte de este calor es producido por la desintegración radiactiva[14], los científicos ha pensado que en la historia temprana de la Tierra, antes de que los isótopos de reducida vida media se “agotaran”, la producción y emisión de calor de la Tierra tuvo que ser mucho mayor.

Se ha estimado que esta producción extra de calor que se emitía hace unos 3.000 mill.años, tuvo que ser el “doble” que la actual y ello pudo haber incrementado los gradientes de temperatura del interior de la Tierra, y haber incrementado por ello la “convección” [15]  del Manto y la Tectónica de Placas, incrementando la producción de rocas ígneas como las komatitas, que en la actualidad no se forman.

El promedio de la pérdida de calor del planeta es de unos 87 mW.m² , que supone una pérdida global de 4,42 x 10¹³ W.

En gran parte de la energía térmica del Núcleo es emitida hacia la Corteza a través de la “plumas volcánicas” existentes en el Manto externo, por los afloramientos de rocas sometidas a altas temperaturas. Estas plumas también producen puntos calientes y coladas. La mayor parte del calor que pierde el planeta se filtra entre las Placas Téctónicas[16] asociadas a las dorsales oceánicas, pérdidas que se producen por conducción a través de la Litosfera y especialmente bajo los océanos, que es donde la Litosfera es de menor espesor, estando más cerca del Manto superior, y como la superficie oceánica supone además casi el 75% de toda la superficie terrestre, esto hace que la pérdida sea muy elevada.

14. DESINTEGRACIÓN RADIOACTIVA: Los núcleos se componen de protones y neutrones, que se mantienen unidos por la denominada “fuerza nuclear fuerte” o “fuerza fuerte”. Algunos núcleos atómicos tienen una combinación de protones y neutrones que “no tienen una configuración estable”, es decir son núcleos “inestables o radiactivos”. Estos núcleos tienden a aproximarse a una configuración estable, a base de emitir partículas. Según se produce esta desintegración radiactiva en base a las partículas emitidas, se clasifican en: desintegración Alfa, Beta o Gamma.

15. CONVECCIÓN [CONVECTIVO/A]: es una de las tres formas de “transferencia del calor”. Se caracteriza porque se produce siempre por un medio “fluido” [líquido, gas o plasma], que transporta el calor entre zonas con diferente temperatura. La convección se produce únicamente a través/ por medio de materiales, la evaporación del agua o fluidos. La convección es en sí mismo: “el transporte de calor por medio del movimientos del fluido”. Esta transferencia implica el transporte de calor en “un volumen” y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o líquido.

16. PLACA TECTÓNICA o LITOSFÉRICA: es un fragmento de Litosfera que se mueve como un bloque “relativamente” rígido sobre la Astenosfera. La teoría sobre la Tectónica de Placas explica la estructura y la zona dinámica superior de la superficie terrestre, describiendo su movimiento, direcciones e interacciones. Son de dos tipos: las placas litosféricas de la corteza oceánica y las de la corteza continental. Hay también placas mixtas que se encuentran cubiertas o “montadas” por una placa de la corteza continental y así mismo y en parte por corteza oceánica. Existen en la actualidad 15 placas tectónicas principales y 42 placas secundarias. Los límites entre placas son de tres tipos: Divergentes [se separan], que corresponden esencialmente a la corteza oceánica; Convergentes [chocan entre sí], y generan bien fenómenos de subducción o bien de colisión y  de Fricción, cuando se desplazan “lateralmente” generando grandes terremotos.

17. GEOESFERA: es la parte sólida que está en el interior de la Tierra y está representada por rocas, minerales y suelos, que conforman esferas concéntricas o capas denominadas como Corteza, Manto y Núcleo. Se identifica con el doble significado que identifica como “la parte sólida del planeta Tierra”, así como la de cada una de las partes que la GEODINÁMICA [de la Tierra]: es la rama de la Geología que trata sobre los agentes o fuerzas que intervienen en los procesos dinámicos de la Tierra. Se subdividen en:

> Geodinámica externa o de los procesos exógenos, que estudia los agentes y fuerzas externas de la Tierra, tales como el viento, temperatura, humedad, aguas, hielo, etc., así como el clima y la interacción de este sobre la capas superficiales del planeta; metodologías y técnicas sobre las “formas del relieve” o Geomorfología y la acción/es de sus agentes como el agua o Hidrogeología, y la

> Geodinámica interna o de los procesos endógenos, que estudia los factores y fuerzas profundas del interior de la Tierra, y sus técnicas geofísicas y métodos especiales para el conocimiento de la estructura de capas más profundas y su comportamiento; dinámica de los procesos que han configurado la estructura de la Tierra como la “convección” del Manto terrestre o Geofísica; análisis de las ondas sísmicas o Sismología; dataciones radiométrica de los materiales y rocas y otros.

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