sábado, 26 de mayo de 2012

Piezoelectricidad y magnetismo terrestre


Dicen los científicos  que el  manto terrestre es sólido y que es probable que tenga una composición bastante homogénea, de un mineral cristalino. Además, se detecta que las ondas sísmicas no tienen la misma velocidad en todas las direcciones, sino que presentan anisotropía que parece coincidir, por los ángulos de las diferentes velocidades, con la estructura cristalina del manto. A partir de esto, parece como si los cristales del manto estuvieran ordenados en la misma dirección. Los minerales cristalinos tienen casi todos, en distintos grados, la propiedad de producir tensiones eléctricas al aplicarles presión, es lo que se llama piezoelectricidad. Si el manto terrestre estuviera compuesto de cristales orientados en el mismo sentido, la presión generaría tensiones en un mismo sentido, que se sumarían.
Teniendo en cuenta las presiones a que está sometido el manto, me imagino que se pueden generar tensiones eléctricas considerables entre la superficie y el núcleo. Esto supondría que hay cargas eléctricas enormes girando con la Tierra a distintas velocidades según la profundidad. Una carga girando equivale a una corriente eléctrica circular, que produce un dipolo magnético.
La carga más próxima al núcleo, como este es metálico y por tanto conductor, supongo que será uniforme, de manera que no generará corriente alguna. La carga de signo opuesto que se situaría en las capas externas, en cambio, está sobre materiales muy variados dispuestos de forma irregular. El agua del mar se puede considerar conductora y los continentes aislantes. Además el agua del mar está en contínuo movimiento. Esto produciría un reparto muy desigual de la carga. El giro de la Tierra transportaría las diferentes cargas produciendo campos magnéticos.
Creo que es posible que la carga producida por el efecto piezoeléctrico sea una de las principales causas del magnetismo terrestre.
También creo que es posible que la irregularidad de esta carga debida a la configuración de los continentes y a las corrientes marinas puede ser una de las causas de las variaciones del campo magnético terrestre tanto en su orientación como en su intensidad.

Con el tiempo, la tensión eléctrica producida por la presión se descargaría debido a la conductividad del manto, que no será un aislante perfecto. Una descarga completa supongo que puede durar de  miles a millones de años ya que la roca es un buen aislante y son miles de kilómetros de espesor de este aislante. Quizá la descarga se acelere en periodos de actividad tectónica que comuniquen el manto mediante la subducción de placas litosféricas. Las superficies de contacto entre la placa y el manto pueden ser mejores conductoras por producirse allí alteraciones químicas y fusiones parciales. A partir de la descarga, las tensiones piezoeléctricas se darían solo por variaciones en la presión, que producirían tensiones alternas. Quizá estas variaciones de presión podrían ser la causa de la inversión periódica de los polos magnéticos de la Tierra.

Quizá variaciones periódicas de la presión del manto son las principales causantes del campo magnético terrestre. Si no se produjera esta "corriente alterna" producida por variaciones de presión el campo magnético, puede que este fuera tan débil que la magnetosfera no sería lo bastante potente para proteger de la radiación la vida tal como la conocemos en la Tierra.

Sería interesante calcular el voltaje que se puede producir en un manto sólido de miles de kilómetros de profundidad cuando le afectan cambios de presión atmosférica, cambios de presión por redistribución de sedimentos, ó por movimientos tectónicos.
También sería interesante calcular la frecuencia de resonancia del manto, visto como un cristal piezoeléctrico. Si un pequeño cristal de cuarzo sirve como oscilador del orden del megahercio y el tamaño está en relación con el periodo de resonancia del cristal, el periodo del manto sería enorme.

Otra causa ya demostrada del magnetismo terrestre son la variaciones de tensión en la ionosfera.
Las capas altas de la atmósfera se ionizan por la radiación solar y el viento solar. En el caso del viento solar, hay una diferencia de velocidad tan grande entre los protones y los electrones, que es posible que los electrones pasen de largo y la captación de protones por la Tierra sea mayor que la de electrones, dándole a nuestra atmósfera una carga positiva, que se movería con la rotación terrestre y, por ello, produciendo campo magnético.

Las corrientes marinas, que arrastran iones, también contribuyen al geomagnetismo.

La combinación de todas las causas del magnetismo terrestre con sus variaciones particulares quizá expliquen los cambios de intensidad y polaridad de este.

Ultima edición: 08/06/2012



jueves, 24 de mayo de 2012

Magnetismo terrestre y desintegración nuclear


Elucubración acerca del origen del campo magnético terrestre.

Según los científicos, el manto terrestre es sólido y en el interior de la Tierra se produce suficiente desintegración nuclear como para mantener caliente la Tierra. Teniendo en cuenta que una roca sólida es un buen aislante eléctrico y que uno de los principales productos de las desintegraciones nucleares son rayos alfa, es decir núcleos de helio ionizados, sin electrones, y lanzados a velocidades enormes, me parece que es posible que los rayos alfa que se produzcan en el núcleo líquido cerca de la interfase con el manto queden incrustados en la roca sólida del manto, cargando zonas del manto positivamente respecto al núcleo. Esta carga, en movimiento circular, equivale a una corriente eléctrica contínua, que produce un campo magnético.

miércoles, 16 de mayo de 2012

Viento solar y agua terrestre

Elucubración acerca del origen del agua en la Tierra.

La mayor parte de la masa del viento solar está formada por protones (hidrógeno ionizado, sin su electrón). Los protones del viento solar que pasan cerca de la Tierra, por ser iones cargados eléctricamente y en movimiento, son desviados y conducidos por el campo magnético terrestre, que les hace circular en espiral hasta la atmósfera cercana a los polos magnéticos. El oxígeno de la atmósfera, producido por las plantas, se combina con estos protones y produce agua y parte de la luz de las auroras polares.
Me pregunto si este aporte contínuo de hidrógeno durante miles de millones de años de vida vegetal y magnetismo terrestre no será el principal origen de los océanos.

Propongo la siguiente evolución del agua en la Tierra basada en esta suposición:
- La atmósfera primitiva no tenía oxígeno libre, sin combinar.
- La intensidad del viento solar era más intensa durante la formación de la Tierra, pero en ausencia de un campo magnético fuerte, este viento impactaba diréctamente en la atmósfera, barriendo de ella los gases más ligeros de la atmósfera, como el hidrógeno.
- La temperatura de la Tierra era excesiva para que se diera la vida sobre la superficie sólida.
- Según se formaba el campo magnético, parte del hidrógeno recibido y frenado en los polos magnéticos, procedente del viento solar se pudo combinar entonces con el dióxido de carbono y otros óxidos y elementos.
- Cuando la concentración de hidrógeno superó cierto umbral en la superficie terrestre, sustituyó parcialmente metales combinados con oxígeno en los minerales, combinándose con su oxígeno y produciendo el agua necesaria para los primeros organismos vivos.
- Parte de los protones de este viento se combinaría con el dióxido de carbono atmosférico y produciría moléculas orgánicas complejas que servirían de alimento a los primeros organismos de la Tierra, que pudieron formarse en las capas más altas y frias de la atmósfera.
- Estos organismos pudieron consumir de la atmósfera casi todos los gases de efecto invernadero que contuvieran carbono. Entonces la temperatura bajó lo suficiente para que se pudiera condensar agua, que tiene mucho efecto invernadero cuando está en forma gaseosa.
- Con la condensación del agua atmosférica el enfriamiento se aceleró, posibilitando la vida sobre la superficie sólida y en la poca agua líquida de aquel momento.
- La vida se expandió tanto que los organismos vivos consumieron casi todos los nutrientes disponibles en la superficie y en la atmósfera. Esto les obligó a evolucionar hacia la depredación y a vivir de los restos de organismos muertos.
- Algunos, en lugar de hacerse depredadores, desarrollaron la fotosíntesis que les permitió gracias a la luz solar devolver energía a los nutrientes obtenidos de minerales y de productos del metabolismo del resto de otros seres vivos.
- Desde que la fotosíntesis empezó a liberar oxígeno a la atmósfera casi todo el hidrógeno que llega a la Tierra se combina con este oxígeno y produce agua.
- Miles de millones de años capturando hidrógeno gracias al campo magnético y produciendo agua habrían dado lugar a los océanos.

Es una idea que me gustaría contrastar con registros sobre la profundidad de los océanos, pero dudo que se pueda disponer de datos de miles de millones de años. Sobre todo porque los habrá borrado el agua.