Imagina que miras una brújula y ves que la parte roja de la aguja, que antes apuntaba al norte, ahora gira en la dirección opuesta.
Parece aterrador, pero también es un fenómeno real que ocurrirá inevitablemente. Los geofísicos saben desde hace mucho que el campo magnético de la Tierra, que actúa como un escudo esencial contra la radiación solar dañina, se ha invertido muchas veces a lo largo de su historia —la más reciente, hace 780.000 años— y algunos científicos creen que ya toca otra inversión.
Un nuevo estudio formula predicciones sobre el campo magnético con un alto grado de confianza. A partir de todos los datos paleomagnéticos disponibles (registrados en rocas durante los últimos 2 millones de años), el equipo elaboró un marco matemático que predijo con precisión todas las inversiones de ese período y, por tanto, permite hacer predicciones realistas sobre el futuro.
El estudio aparece en la revista Physics of Earth and Planetary Interiors.
«Nuestra técnica es única porque utiliza modelos numéricos simplificados y técnicas sofisticadas para combinar modelos y datos», afirma Matthias Morzfeld, profesor adjunto del departamento de Matemáticas de la Universidad de Arizona y autor principal del estudio. «Según nuestros cálculos, no hay que preocuparse por una inversión durante los próximos 4.000 años».
Como lo genera el flujo muy complejo de metal líquido en el núcleo del planeta, el campo magnético de la Tierra es mucho más complicado que la imagen conocida de los libros de texto: un polo norte y un polo sur, con líneas de campo invisibles entre ellos. En realidad, hay componentes polares adicionales, aunque son mucho más débiles que los dos polos que la mayoría conocemos.
«Sabemos que ocurren inversiones», dice Morzfeld, «pero el problema es que nadie sabe cuáles son las condiciones que conducen a un evento así ni qué sucede durante la inversión. Por ejemplo, ¿desaparece por completo el campo o cambia de forma?».
Según las teorías actuales —y contrapuestas—, un cambio en el campo terrestre es inminente cuando este se debilita por debajo de cierto umbral o si su intensidad disminuye rápidamente. Como el campo actual es fuerte, pero está disminuyendo con rapidez, algunos científicos lo consideran una señal de que una inversión está a punto de ocurrir, mientras que otros sostienen que el campo es demasiado fuerte para invertirse.
«Esquemas simplificados»
El equipo de Morzfeld se propuso averiguar cuál de las teorías tiene más probabilidades de ser correcta, combinando modelos matemáticos simplificados con datos geofísicos obtenidos mediante el estudio de la magnetización de las rocas.
«Tenemos datos detallados de las últimas décadas y mediciones tomadas desde barcos durante los últimos siglos, pero si vamos más atrás, solo podemos estudiar las rocas», dice Morzfeld. «La magnetización de las rocas nos aporta información sobre el campo, así que disponemos de datos de 2 millones de años que nos indican su intensidad y configuración».
En lugar de intentar calcular los procesos extremadamente complejos que subyacen al campo magnético de la Tierra, Morzfeld y sus coautores utilizaron modelos lo bastante sencillos como para ejecutarse en un ordenador portátil y los alimentaron con datos de los últimos 2 millones de años, período en el que ocurrieron siete inversiones.
Una descripción matemática realista de los procesos de flujo de metal líquido que generan el campo magnético requeriría millones de ecuaciones, por lo que ningún ordenador puede calcular una representación fiel de esos procesos a lo largo de millones de años. Sin embargo, para ser útiles, los modelos matemáticos quizá no tengan que ser tan complejos.
«Al usar modelos de baja dimensión, que son básicamente esquemas simplificados de lo que sucede dentro del planeta, podemos aplicar algoritmos muy sofisticados y actuales para combinar los modelos con datos geofísicos», afirma Morzfeld. «Eso permite reducir un poco los requisitos computacionales del modelo y dedicar más recursos informáticos a integrarlo con los datos».
Poner a prueba las predicciones con el pasado
A continuación, el equipo puso a prueba los modelos mediante una técnica llamada predicción retrospectiva.
«Usamos los datos del registro geofísico para calibrar el modelo y luego dejamos de usar los datos», explica Morzfeld. «Después elegimos un momento arbitrario del pasado y hacemos una predicción. Si vemos que nuestro modelo predice con precisión lo que ocurrió, podemos suponer que también predecirá el futuro con cierto grado de confianza».
De varios modelos evaluados, uno destacó por ser particularmente sencillo y potente: predijo con éxito todos los eventos de inversión del campo magnético de los últimos 2 millones de años. El modelo utiliza tres ecuaciones: una describe el dipolo, otra describe un campo no dipolar y la tercera representa los efectos del flujo dentro del núcleo.
«Si te dijera que ocurrirá una inversión en los próximos 2.000 millones de años, no tendría mucho sentido; y si te dijera que el campo se invertirá mañana, tampoco», explica Morzfeld. «Intentamos encontrar un intervalo de tiempo significativo en el que podamos hacer predicciones con estos modelos sencillos, y resultó ser de unos 4.000 años».
Curiosamente, los investigadores no encontraron pruebas de la existencia de un supuesto «punto de no retorno», un umbral de intensidad del campo que actuaría como desencadenante de la inversión. Sin embargo, con ayuda de sus modelos sí encontraron umbrales fiables en términos de probabilidades calculadas.
«Los modelos y nuestros marcos matemáticos nos permiten calcular probabilidades de eventos como “que ocurra una inversión en los próximos 4.000 años”. Descubrimos que, si las probabilidades que calculamos superan un umbral, es muy probable que efectivamente ocurra una inversión».
Esto es lo que cabe esperar
En promedio, el campo magnético de la Tierra se ha invertido cada 250.000 años, aunque los intervalos entre inversiones varían mucho. Entonces, cuando finalmente ocurra, ¿qué deberían esperar los seres humanos?
«El campo se debilitaría mucho», explica Morzfeld, «pero nadie sabe qué ocurriría después. Es posible que el campo simplemente cambie de forma y pase de una configuración dipolar a una cuadrupolar. También es posible que colapse por completo, lo que sería bastante malo porque expondría el planeta al viento solar, con efectos, entre otras cosas, en los satélites. Por otro lado, ya se han producido inversiones del campo y la vida en la Tierra ha sobrevivido».
El estudio se realizó en colaboración con Alexandre Fournier y Gauthier Hulot, del Institut de Physique du Globe de Paris, y recibió financiación parcial de la iniciativa Global Initiatives de la Universidad de Arizona, mediante la «International Research Development Grant», y de la National Science Foundation.
