Magnetisme i deriva continental

Fa temps, a l'article Ciència Impreditible acabava dient que hi havia una conexió entre el magnetisme dels fons marinsi la deriva continental postulada pel Wegener. També deia que prometia parlar d'això perquè aquesta connexió entre ambdues teories va fer que el Patrick Bkacket, Premi Nobel de Física al 1948 per fotografiar partícules elementals a la cambra de boira, deixés el tema per dedicar-se a aquest. Serà aquest, doncs, el tema de la nostra història d'avui.
 

[@more@]

En primer lloc, he de parlar-vos una mica sobre magnetisme i materials ferromagnètics.

El magnetisme és una força sorprenentment desconeguda en els nostres dies. Tant és així que els esotèrics moltes vegades reafirmen les seves teories dient que al nostre voltant hi ha un camp magnètic. No diuen camp elèctric ni gravitatori, sinó magnètic (i a més, no ho quantifiquen; seria com dir que tens massa, però no quanta).

Com ja us vaig dir, els camps gravitatoris i elèctric són idèntics en formes: una massa atreu a una altra (cas del camp gravitatori) i una càrrega atreu o repel·leix a una altra (cas del camp elèctric). El camp gravitatori el generen les masses i l'elèctric les càrregues. Doncs bé, els camps magnètics els generen les càrregues en moviment.

Estic segur que sabeu com actua el camp magnètic perquè gairebé segur que heu vist una brúixola: una agulla imantada tendeix a orientar-se amb les línies d'un camp magnètic extern; en aquest cas, el terrestre, assenyalant el Nord.

Per poder explicar la naturalesa del magnetisme en la matèria hem d'anar al cor de l'àtom. Si el modelitzem com el nucli al centre i l'electró girant al voltant d'ell, tindrem un electró en moviment. Si hem dit que les càrregues en moviment generaven un camp magnètic i l'electró és una càrrega en moviment girant al voltant del nucli, llavors, l'àtom per si mateix és un petit imant (oblidem l'spin de moment).                  

Dipol magnètig generat per un àtom

A la majoria dels materials aquests moments magnètics dels àtoms s'orienten a l'atzar. Si sumem tots els moments magnètics el resultat net és nul. Així és quasi tota la matèria amb la qual ens trobem en el dia a dia. Hi ha determinats materials però, en els quals aquests moments magnètics dels seus àtoms s'influeixen uns a altres tendint a orientar-se en igual direcció i sentit: un àtom veu el camp magnètic generat pel seu veí com un camp magnètic extern i tendirà a orientar-se amb ell (igual que la brúixola). Si això s'estén per tot el sòlid tenim un material ferromagnètic. En realitat, aquesta propietat no es distribueix de manera uniforme, sinó que existeixen zones on el camp magnètic d'una pila d'àtoms apunta a un lloc i zones on apunta a un altre. Aquestes zones s'anomenen "dominis magnètics".

Gràfic d'un domini magnètic

En el gràfic anterior suposem que cada àtom és una fletxeta amb el seu moment magnètic i cada zona és un domini. Com podeu veure, els esmentats dominis estan orientats en direccions aleatòries i en sumar-los tots el resultat magnètic net és nul. Seria ideal poder reorientar tots aquests dominis perquè apuntessin tots en una mateixa direcció i sentit, oi?. Ja hem dit que es comportarien com brúixoles davant un camp magnètic extern orientant-se amb ell. I això és precisament el que anem a fer. Aplicarem un camp magnètic extern. En el gràfic següent el camp magnètic extern va de baix a dalt i a poc a poc, veiem que tots els moments magnètics apuntaran cap a dalt:

Reorientació dels dominis

Aquest material, amb tots els seus dominis orientats igual entre ells és un imant. El problema és que si ara treiem el camp magnètic extern, els dominis tornen a reorientar-se a l'atzar i el que abans era un imant, ara ha perdut el seu magnetisme. Això no succeeix de cop, sinó gradualment i ho farà més de pressa comunicant-li energia, per exemple, escalfant-lo o donant-li cops.

Però espereu, que la cosa s'escalfa. Suposeu que hi hagi materials que a temperatura ambient els dominis no puguin moure's però que si els escalfem el suficient sí puguin fer-ho (tècnicament, per damunt de la temperatura de Curie; per exemple, quan un imant de ferro s'escalfa per damunt dels 770 ºC la seva magnetització tendeix gradualment a zero). És a dir, tenim un material, l'escalfem i el sotmetem a un camp magnètic extern, els dominis s'orienten fins a posar-se tots en igual direcció i sentit que aquest camp, ara el deixem refredar i posteriorment treiem el camp magnètic. Com que els dominis no poden reorientar-se ara tenim un imant permanent i (atenció) sabrem quin era la direcció i sentit del camp magnètic extern només observant la direcció del magnetisme del material (suposem que no hem mogut la posició de l'esmentat material a posteriori).

Bé, ara el que hem de fer és buscar la magnetització d'algunes roques al nostre planeta. Ens donaran una prova inequívoca de la direcció i sentit del camp magnètic terrestre al qual estaven sotmeses en el moment de la seva formació. En aquell moment estaven molt calentes i sotmeses un camp magnètic extern que era el de la Terra i al refredar-se els va haver de quedar el magnetisme de manera permanent. Tindrem una "empremta magnètica" de cap a on apuntava el camp magnètic terrestre en aquell moment. A la ciència que estudia això se'n diu "paleomagnetisme".

Què esperaríem trobar? Doncs que totes les roques de la Terra amb garanties que no s'haguessin mogut des del moment de la seva formació tinguessin el seu moment magnètic assenyalant al Nord. Doncs no. Allà per l'any 1906 el físic francès Bernard Brunhes va descobrir roques que estaven just al revés: els seus moments magnètics estaven orientats al Sud en comptes del Nord. Com si en el moment de la seva formació una brúixola hagués assenyalat el Sud en lloc del Nord. No obstant, això no va ser acceptat fins als anys 60 quan es va publicar un treball on un registre paleomagnètic de laves africanes indicava sens dubte una inversió magnètica (el Nord magnètic estava en el Pol Sud geogràfic i viceversa).

Deixem terra ferma i anem cap al mar. Harry Hess era un especialista en mineralogia de la Universitat de Princeton i li van posar a càrrec d'un vaixell de transport de tropes d'atac, el Capi Jonson, durant la Segona Guerra Mundial. Portava una nova sonda de profunditat anomenada braçòmetre (ecosondador o SONAR que ve de Sound Navigation and Ranging) que utilitzaven per facilitar les maniobres de desembarcament a les platges.

Hess es va adonar que podia utilitzar-lo amb fins científics i el va tenir funcionant fins i tot quan el vaixell se'n va anar a alta mar. I va succeir l'inesperat. Si els fons oceànics eren antics havia d'existir una capa de sediment molt gran i ser molt plans, però les lectures del braçòmetre no ho reflectien així. Estava tallat per tota mena de canons, trinxeres, esquerdes i picachos volcànics submarins. Hess però, va haver de deixar-ho per la guerra que s'acostava.

En la dècada dels 1950 els oceanògrafs van començar a fer exploracions més complexes dels fons oceànics i van trobar alguna cosa increible: la cadena muntanyosa més formidable i extensa de la Terra estava gairebé tota submergida. Podia seguir-se per l'Atlàntic, oceà Indic, Pacífic, per sota d'Austràlia. De tant en tant, alguns dels seus pics sortien per la superfície com les Azores, les Canàries, Hawaii, etc. Sumant tots els seus ramals la xarxa s'estenia fins a 75.000 quilòmetres.

A més, al mig de la serralada de l'Atlàntic havia un canó (fissura, esquerda o rift) de 10 km d'amplada que recorria els 19.000 km de longitud. Des del rift hi havia emanacions de magma, amb la qual cosa havia un volcanisme constant, temperatura elevada i terratrèmols (freqüents però poc importants). Semblava com si la Terra s'estigués separant per aquestes juntures, com una closca de nou que s'estigués trencant. El material era molt jove a prop de la serralada però més vell a mida que ens allunyàvem de la mateixa. Harry Hess va arribar a la conclusió que s'estava formant nova escorça oceànica als dos costats de la fissura central. Això explicava molt bé per què, de fet, el fons oceànic era tan jove: cap dels seus materials podia tenir més de 175 milions d'anys (us recordo que la Terra té uns 4.600 milions). Però clar, si es formava nova escorça constantment en un lloc de la Terra (zones d'abducció) havia de destruir-se en algun altre lloc. Harry Hess va descobrir aquestes zones i avui en diem de subducció.

Totes aquestes idees les va publicar en 1962 en un llibre titulat "Història de les conques oceàniques" on proposava que la roca fosa pujava des de les capes inferiors de la Terra formant aquestes esquerdes oceàniques i que la pressió forçava a les més velles a separar-se. Aquest era el procés que separava els continents i li va dir "expansió del llit marí".

I aquí entra el nostre oblidat Patrick Blackett al costat del Stanley Keith Runcorn, un geofísic de la Universitat de Newcastle. Estaven investigant l'orientació magnètica de les roques del fons oceànic. I es van trobar que estaven disposats de la següent manera:

 
Magnetisme dels fons marins

La veritat és que la primera vegada que vaig veure aquest gràfic se'm va posar un somriure d'orella a orella. Ja sabíem que el magnetisme de la Terra ha anat canviant al llarg de la història però trobar una pauta tan simètrica només podia explicar-se per la deriva continental. És més, si coneixien la velocitat de separació de les plaques tectòniques que és d'uns pocs cm anuals podien saber cada quants anys la polaritat magnètica de la Terra havia canviat. Doncs bé, aquests canvis venen en intervals irregulars d'aproximadament una vegada cada 300.000 anys però l'últim va tenir lloc fa 780.000 anys. Portem retard, però ningú sap si un canvi de polaritat és imminent. Sigui com sigui, s'havia creat una nova teoria: la de les "plaques tectòniques", terme que va aparèixer per primera vegada en un article d'un diari en 1968.

Un geòleg canadenc anomenat Lawrence Morley havia arribat a la mateixa conclusió al mateix temps, però el director del Journal of Geographical Research no li va voler publicar dient que "aquestes especulacions constitueixen una conversa interessant per a festes i còctels, però no són les coses que haurien de publicar-se sota els auspicis d'una revista científica seriosa". Més tard, un altre geòleg diria sobre això: "Probablement l'article més significatiu de les ciències de la Terra al qual s'hagi negat la publicació". El què i el què no s'ha de publicar a una revista científica no està liure de polèmica i prometo tractar-ho en altres històries.

Fixeu-vos: àtoms, magnetisme, edat de les roques, deriva continental… tot quadrava!. I aquesta va ser la raó per la qual el nostre amic, el Patrick Blackett, va abandonar el món de les partícules elementals.

Creieu que era una bona raó?

Fonts:

Quant a omalaled

Me llamo Fernando y soy un apasionado de la ciencia y admirador de los científicos y ténicos de todas las épocas. Espero disfrutéis sabiendo un poquito más de ellos.
Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

2 respostes a Magnetisme i deriva continental

  1. dan diu:

    Interessant. Però un dubte. Quan te lloc la inversió, vol dir que durant un temps (curt a escala geologica pero llarg per nosaltres) no hi ha camp magnetic a la Terra? Es dir: S’afebleix i es forma de nou invertit o es que de cop gira 180 graus?

  2. omalaled diu:

    No sabem del tot be per què el camp magnètic terrestre és com és. Pensa que els moviments de la Terra són realment petits i ja no només has de pensar en la rotació de la Terra, sino en els corrents de convecció que també al cap i a la fi són càrregues en moviment.

    Els canvis de polaritat magnètica es donen també al Sol.

    Però allò dit: no sabem ben del cert per qué és com és.

    Llegeix més a la wikipèdia: http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico_terrestre

    Salut!

Els comentaris estan tancats.