Agitando em torno do núcleo interno sólido do nosso planeta, mais de 1.800 milhas abaixo da superfície, ferro líquido quente gera um campo magnético que se estende para além da atmosfera. Esse campo nos fornece desde as direções das bússolas até a proteção dos raios cósmicos, portanto não é de surpreender que os cientistas tenham se alarmado no começo do ano quando perceberam que o pólo magnético do norte estava se deslocando rapidamente para a Sibéria. Enquanto os geofísicos se esforçavam para liberar um modelo atualizado do campo magnético da Terra antes de sua programação de cinco anos, o polo migratório fez uma pergunta urgente: o campo magnético da Terra está se preparando para virar?
O estado magnético do nosso mundo está mudando constantemente, com os pólos norte e sul magnéticos vagando por alguns graus a cada século, aproximadamente. Ocasionalmente, o campo magnético experimenta uma inversão de polaridade completa, fazendo com que os pólos norte e sul magnéticos alternem para lugares, embora ninguém saiba exatamente o que causa essa mudança. (Na verdade, o polo norte do planeta é um polo sul magnético agora, mas ainda é chamado de "norte magnético" para corresponder às nossas medições geográficas).
Em um estudo publicado hoje na revista Science Advances, os pesquisadores relatam uma nova linha do tempo estimada da última inversão de polaridade, chamada de inversão de Brunhes-Matuyama, que aconteceu há cerca de 780 mil anos. Usando uma combinação de amostras de lava, sedimentos oceânicos e núcleos de gelo, eles foram capazes de rastrear a progressão dessa reversão e demonstrar que seu padrão era mais longo e complexo do que o sugerido pelos modelos anteriores. As descobertas podem permitir uma melhor compreensão de como o ambiente magnético do nosso planeta evolui e, esperamos, guiar as previsões para a próxima grande perturbação.
"A inversão de polaridade é um dos poucos fenômenos geofísicos que é verdadeiramente global", diz Brad Singer, professor de geociência da Universidade de Wisconsin-Madison e principal autor do estudo. “É um processo que começa nas partes mais profundas da Terra, mas se manifesta em rochas em toda a superfície do planeta e afeta a atmosfera de maneiras muito importantes. … Se pudermos estabelecer cronologia para o tempo de reversões, temos marcadores que podemos usar para datar rochas em todo o planeta e conhecer pontos de tempo comuns em toda a Terra. ”
A geração do campo magnético da Terra começa no seu centro. O calor do núcleo interno sólido produzido pelo decaimento radioativo aquece o ferro líquido circundante, fazendo com que ele circule como um pote de água em um fogão. O movimento fluido, ou convecção, do ferro cria uma corrente elétrica, que gera um campo magnético. À medida que a Terra gira, o campo magnético se alinha aproximadamente com o eixo de rotação, criando os pólos norte e sul magnéticos.
Nos últimos 2, 6 milhões de anos, o campo magnético da Terra virou 10 vezes e quase capotou mais de 20 vezes durante eventos chamados excursões. Alguns pesquisadores acreditam que as inversões de polaridade são causadas por uma perturbação no equilíbrio entre a rotação da Terra e a temperatura no núcleo, que altera o movimento fluido do ferro líquido, mas o processo exato permanece um mistério.
Ilustração esquemática das linhas do campo magnético invisível geradas pela Terra, representada como um campo magnético dipolar. Na verdade, nosso escudo magnético é espremido mais perto da Terra no lado voltado para o Sol e extremamente alongado no lado noturno devido ao vento solar. (Peter Reid / NASA) Singer e colegas obtiveram estimativas cronológicas mais precisas para a última reversão de polaridade usando novas técnicas para datação de lava solidificada. A lava basáltica, que entra em erupção a cerca de 1.100 graus centígrados, contém magnetita, um óxido de ferro cujos elétrons mais externos se orientam ao longo do campo magnético da Terra. Quando a lava esfria a 550 graus Celsius (1022 graus Fahrenheit), "a direção de magnetização fica bloqueada, literalmente assada no fluxo", diz Singer. Como resultado, a história do campo magnético é estampada na lava solidificada, que Singer e sua equipe puderam ler usando um processo especializado para medir os isótopos de argônio das amostras de lava decompostas.
Infelizmente para os geólogos (mas felizmente para o resto de nós), os vulcões não surgem o tempo todo, tornando a lava um detentor de registros da evolução do campo magnético. Para costurar as datas que faltavam, a equipe de pesquisa combinou as novas medições de sete diferentes fontes de lava ao redor do mundo com registros anteriores de elementos magnetizados em sedimentos oceânicos e núcleos de gelo da Antártida. Ao contrário da lava, o oceano fornece um registro contínuo de magnetização, uma vez que grãos de material magnético se estabelecem constantemente no fundo do mar e se alinham com o campo do planeta. "Mas esses discos ficam lisos e deformados pela compactação, e há muitas criaturas que vivem no fundo do fundo do mar ... então o registro é destruído um pouco", diz Singer.
O gelo antártico oferece uma terceira maneira de resolver a história do campo magnético da Terra, pois contém amostras de um isótopo de berílio que se forma quando a radiação cósmica interage fortemente com a atmosfera superior - precisamente o que acontece quando o campo magnético enfraquece durante uma excursão ou reversão.
Combinando todas essas três fontes, os pesquisadores reuniram uma história completa sobre como o campo magnético evoluiu durante sua última reversão. Enquanto estudos anteriores sugeriram que todas as reversões passam por três fases em um período de tempo não superior a 9.000 anos, a equipe de Singer descobriu um processo de reversão muito mais complexo que levou mais de 22.000 anos para ser concluído.
"Nós podemos ver muito mais nuances da crescente e diminuição das forças e comportamento direcional durante este período de 22.000 anos do que nunca", diz Singer. "E não combina com o padrão [trifásico] ... então eu acho que eles terão que voltar para a prancheta."
As descobertas questionam se futuras inversões de campo exibirão detalhes e durações semelhantes. "Este é um documento importante que documenta novos dados vulcânicos e reúne registros vulcânicos e sedimentares relativos à instabilidade do campo geomagnético antes da última inversão de polaridade", diz James Channell, um geofísico da Universidade da Flórida que não esteve envolvido na nova pesquisa, em um email. “Esta instabilidade pré-reversão é uma característica de todas as inversões de polaridade? Até agora, não há evidências disso em reversões mais antigas ”.
Estude o coautor Rob Coe e Trevor Duarte orientando os núcleos de um local de fluxo de lava registrando a reversão da polaridade magnética Matuyama-Brunhes no Parque Nacional Haleakala, no Havaí, em 2015. (Brad Singer) Mesmo com os três conjuntos de medições, resta saber se o histórico remendado fornece informações suficientes sobre quanto tempo uma reversão demora e exatamente em que estado o campo se encontra quando tais inversões ocorrem. "Desde que nenhum registro completo mostre evidências para a complexa sucessão de eventos que é descrita pelos autores, não estou convencido de que as incertezas nas eras nos permitam discernir mais de duas fases distintas", diz Jean-Pierre Valet, geofísico do Instituto de Física da Terra de Paris que não esteve envolvido na pesquisa, em um e-mail. Valet também questiona a duração da reversão, argumentando que as incertezas nos dados sugerem que todo o processo poderia ter variado de 13.000 a 40.000 anos - ainda mais do que as estimativas anteriores.
Aprender mais sobre os processos que levam a reversões de polaridade pode ser crítico para civilizações futuras, uma vez que o campo magnético móvel pode ter efeitos de longo alcance no planeta.
"Quando o campo [magnético] é fraco, o que ocorre durante as reversões, o principal campo de dipolo colapsa para algo na ordem de dez por cento de sua força normal", diz Singer. Esse colapso pode significar problemas para a vida na Terra, uma vez que o campo magnético estabiliza as moléculas de ozônio, protegendo o planeta da radiação ultravioleta. Singer ressalta que trabalhos recentes sugerem que humanos modernos se adaptaram para ter genes protetores depois que os neandertais sofreram radiação durante uma excursão que deteriorou o campo magnético.
"Tem sido discutido por um bom tempo se reversões magnéticas têm um impacto sobre a biota na superfície da Terra", diz ele. “A maioria das alegações iniciais é absurda, porque a cronologia não era boa o suficiente para saber que a descoberta de fósseis de neandertais, por exemplo, estava correlacionada com uma excursão. Mas agora nós conhecemos esses horários muito melhor ”.
Nos últimos 200 anos ou mais, o campo magnético da Terra tem decaído a uma taxa de cinco por cento a cada século. Se esse enfraquecimento e a recente migração do pólo magnético do norte são indicativos de uma iminente inversão de campo, isso pode ter sérias implicações para as tecnologias que dependem de satélites, que podem ser danificados pela radiação cósmica. No entanto, Singer adverte que uma reversão provavelmente não acontecerá nos próximos dois milênios.
“O que estamos vendo agora com o polo norte se movendo rapidamente, isso é bem normal”, diz Singer. “Existem documentos publicados com base em registros muito mais pobres do que aqueles com os quais estamos trabalhando, que sugerem que uma reversão poderia ocorrer em menos do que uma vida humana, e isso simplesmente não é suportado pela grande maioria dos registros. … A reversão real, a reversão final, leva vários milhares de anos ”.
Isso deve comprar a humanidade algum tempo para melhor proteger suas tecnologias da radiação na próxima reversão. Até lá, não se assuste se a sua bússola mudar de um grau ou dois.
