O Campo Magnético da Terra

MAGNETOSFERA

INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO - IAE

 FACULDADES INTEGRADAS ESPÍRITA - FIES


CAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHO

Convênio 2006-2012

(c)2007 Prof. MSc. Oneide José Pereira e Prof. Angelo Antônio Leithold


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A Magnetosfera está situada entre quinhentos e sessenta mil quilômetros de distância da superfície da Terra. Contém grande parte da Exosfera, que se situa entre setecentos e dez mil quilômetros do Planeta, é a região mais externa e ampla da atmosfera terrestre. Em geral, a Magnetosfera está a quinhentos quilômetros acima da baixa Ionosfera. Na alta Ionosfera as partículas ionizadas do topo da Atmosfera interagem com maior intensidade com o campo magnético terrestre. Também a Magnetosfera interage com o vento solar numa região denominada Magnetopausa, esta se encontra em torno de sessenta mil quilômetros de distância da superfície da Terra na direção Terra-Sol, e numa distância muito maior na direção oposta .

Adiante da Magnetopausa, em direção ao Sol, se encontra a superfície de choque entre o vento solar e o campo magnético. Nesta região o plasma solar é bruscamente freado antes de ser desviado pelas linhas de força da magnetosfera. Após este efeito, corre outro chamado “reconexão”, este dá lugar à formação das auroras polares. No lado não iluminado pelo Sol, as linhas de campo se deformam e se alargam arrastadas pelo vento solar, chegando a alcançar distâncias de cerca de trezentos mil quilômetros na direção oposta do Sol.

Traçando-se uma linha imaginária juntando-os, temos uma inclinação de aproximadamente 11.3° da linha central do planeta, se estendem infinitamente, embora enfraqueçam à medida em que se afasta da fonte. Alguns autores definem a magnetosfera composta de dois pólos magnéticos e dois pólos geomagnéticos. Os primeiros são as duas posições na superfície da terra, onde o campo magnético é inteiramente vertical. Uma outra maneira de dizer isto, é que a inclinação do campo da terra é 90° no pólo magnético e -90° no pólo magnético sul.  O campo terrestre se aproxima de um dipolo posicionado no centro do planeta. Ou, uma linha central que corta seu núcleo. As duas posições onde a linha central do dipolo melhor se ajusta ao campo da terra , se cruzam na sua superfície e são chamadas pólos geomagnéticos norte e sul. Se o campo da terra fosse perfeitamente dipolar, os pólos geomagnéticos e magnéticos coincidiriam. Entretanto, há uma diferença significativa entre ambos, que faz com que a sua posição esteja em lugares diferentes. As posições dos pólos magnéticos não são estáticas mas derivam em torno de quinze quilômetros a cada ano, desta maneira nem sempre as encontramos no local onde estão marcadas nas cartas de navegação. O campo da terra varia em intensidade e posição, e os pólos derivam independentemente entre si. Atualmente, o sul magnético é mais distante que o sul geográfico do que o norte magnético é do norte geográfico. O campo magnético terrestre é similar ao de um ímã de barra, porém,  esta similaridade é superficial,  estes são criados pelas rotações coordenadas dos elétrons e dos núcleos dentro dos átomos do ferro sólido, já no núcleo da terra, entretanto, devida temperatura do ponto do Curie, as orientações das rotações dentro do ferro se tornam randomizadas, e fazem  a substância perder seu campo magnético. Conseqüentemente o campo da terra é causado não por depósitos magnetizados do ferro, mas na maior parte por correntes elétricas no núcleo exterior líquido. A convecção do metal líquido, dentro do núcleo líquido exterior, junto com o efeito de Coriolis, causado pela rotação planetária total , que tende a organizar as correntes elétricas que se alinham ao longo do eixo central polar norte-sul, gera um efeito ''dínamo''. Isto é, quando o líquido em movimento flui através de um campo magnético existente, as correntes elétricas são induzidas, e criam, por sua vez, um campo magnético. Quando este campo magnético reforça o campo magnético original, um dínamo é criado, e se auto-sustenta, a este efeito se dá o nome de ''teoria Dínamo'' , e explica como o campo magnético da terra é sustentado.

Uma outra característica que separa a ''Terra magnética'' de um ímã de barra comum, é sua magnetosfera, que, em distâncias grandes do planeta, domina o campo magnético de superfície. As correntes elétricas induzidas na ionosfera, também geram campos magnéticos que interferem substancialmente na magnetosfera local. Estes se manifestam sempre onde a atmosfera é mais próxima ao Sol, causando assim, as alterações diárias que podem deflexionar os campos magnéticos de superfície. Perto de um pólo de um ímã, a força do campo diminui ao quadrado inverso da distância. Isto é porque se comporta como “um campo magnético unipolar”, isto é, o pólo próximo parece muito mais forte do que o pólo distante, assim que o pólo distante pode ser ignorado. A gravidade é também um campo unipolar, e diminui também como o quadrado inverso da distância; mas, ao contrário dos campos magnéticos, os campos gravitacionais obedecem sempre a lei do inverso do quadrado da distância. Longe de um ímã, ambos pólos parecem estar praticamente no mesmo ponto. Matematicamente, este “campo magnético dipolar” diminui como o cubo inverso da distância. A força do campo na superfície da terra, varia em menos de 30 microteslas (0.3 gauss) numa área que inclui o sul da Ámérica do Sul e o oeste da África do Sul, e é em torno de  60 microteslas (0.6 gauss) próximo aos pólos magnéticos no norte do Canadá, no sul de Austrália, e em parte de Sibéria.

Os magnetômetros detectam desvios minuciosos no campo magnético da terra causado por artefatos do ferro e por alguns tipos de estruturas em rocha e pedra. O uso de instrumentos magnéticos adaptados aos detetores de anomalias magnéticas aerotransportados, iniciou durante a segunda guerra mundial, pois estes aparelhos eram para detectar submarinos através das variações magnéticas do oceano. O basalto, rocha vulcânica rica em ferro que compõe o solo de oceano, contém um mineral fortemente magnético (a magnetita) e pode distorcer leituras de magnetometria. A distorção foi reconhecida por navegadores no século XVIII. A presença da magnetita dá ao basalto propriedades magnéticas mensuráveis, estas variações fornecem meios para estudar o oceano profundo porque no momento em que a rocha esfria, os materiais magnéticos gravam o campo magnético da terra no instante do esfriamento. Freqüentemente, a magnetosfera da terra atingida pelos alargamentos solares que causam as tempestades geomagnéticas que provocam asAuroras. A instabilidade a curto prazo do campo magnético é medida com o índice K.  Baseado no estudo dos fluxos de lava basáltica, propôs-se que o campo magnético da terra inverte em intervalos, que variam de dezenas de milhares de anos a muitos milhões dos anos, com um intervalo médio de aproximadamente 250.000 anos. O último evento, chamado reversão de Brunhes-Matuyama, acredita-se ter ocorrido há cerca de 780.000 anos.

Não há nenhuma teoria eficaz a respeito de como as reversões geomagnéticas ocorreram. Alguns cientistas produziram modelos para um campo magnético quase estável cujos pólos espontâneamente migram de uma orientação à outra sobre o curso de algumas centenas de milhares de anos. Outros cientistas propõem que o geodínamo pára de funcionar espontaneamente ou com alguma ação externa, e reinicia então com o pólo magnético do “norte” apontando ou para o norte ou sul. Os eventos externos não são prováveis ser causas rotineiras das reversões do campo magnético devida falta de uma correlação entre a idade de crateras de impacto e o sincronismo das reversões. Não obstante, a causa, quando “norte magnético” reaparece no sentido oposto, é uma reversão, visto que gira para fora e retorna no mesmo sentido, e por isso é chamada excursão geomagnética. Acredita-se que a teoria tem grandes probabilidades de estar correta, porque medindo o magnetismo ao longo das fissuras profundas do oceano, verifica-se que a lava derretida  emitida dos vulcões, acima da temperatura de Curie, e esfriada rapidamente, adota o campo magnético da época de sua emissão. Usando um detetor magnético, os cientistas mediram o sentido histórico do campo magnético da terra, estudando seqüências da lava relativamente rica em ferro, encontraram gravado o sentido do campo magnético da terra.