Hi
ha materials a la natura posseeixen forces d’atracció i repulsió
que són de naturalesa magnètica: els imants. Dos imants situats
amb els pols oposats s’atrauen i situats amb els pols iguals es repel·leixen.
Això es produeix a causa de la força del camp magnètic
que crea en el seu si el material de què estan formats (figura 1).
També una càrrega elèctrica en moviment produeix un camp magnètic i adquirieix totes les propietats d’un imant.
El camp magnètic que genera la Terra es pot comparar
amb el camp magnètic creat per un dipol (imant) gegantí centrat
al seu interior (figura 2) (Udías i Mezcua, 1997). L’eix d’aquest
dipol es troba lleugerament inclinat respecte a l’eix de rotació
terrestre (uns 11º)
i presenta el pol sud magnètic a prop del pol nord geogràfic.
Tanmateix, cal aclarir que des de l’inici del geomagnetisme es va adoptar
la convenció d’anomenar nord magnètic al lloc on
apunta l’agulla de la brúixola (el pol sud físic del dipol)
i és aquest el que s’usa a efectes pràctics.
Al llarg del temps (en escala de temps de centenars d’anys) es produeix
una deriva de l’eix del dipol magnètic i s'arriba a inversions
que poden durar milions d’anys.
Podem
comprovar la distribució espacial del camp magnètic de la Terra
amb una brúixola senzilla. La brúixola està formada per
una agulla magnetitzada que pot girar lliurement en un pla, de manera que si
la situem en un pla horitzontal, s’orientarà aproximadament cap
a la direcció nord-sud de manera espontània. Sempre que no hi
hagin altres fonts magnètiques properes, el moment de força que
fa orientar l’agulla de la brúixola prové del camp geomagnètic.
Les línies que representen el camp magnètic són les línies de força del camp (figura 3). Es tracen perquè siguin, en tots els punts tangents al vector camp . Cal fixar-se que en algunes regions de la Terra properes als pols les línies són pràcticament perpendiculars a la superfície.
L’origen d’aquest camp geomagnètic prové de l’interior de la Terra (De Miguel, 1980). El nucli extern és líquid i està compost per ferro majoritàriament. Aquest nucli es troba en rotació respecte al nucli intern. Per tant es comporta com un corrent elèctric en moviment i crea un camp magnètic conegut com a camp principal.
El camp geomagnètic evita que totes les partícules que provenen del Sol penetrin a l’atmosfera terrestre a través del vent solar. Funciona com un escut que preserva la vida (Campbell, 2001).
El camp magnètic terrestre és molt variable, i es mesura amb magnetòmetres contínuament (figura 4), amb els quals s'enregistren tres components en un suport físic (paper fotogràfic) o informàtic (disquet) que s’anomena magnetograma.
.
Els
components del camp geomagnètic poden expressar-se mitjançant
diferents sistemes de referència (figura 5): en coordenades cilíndriques
H
(mòdul del component en el pla horitzontal), D
declinació (angle que forma aquest vector amb el nord geogràfic)
i 
(component
vertical) o bé en coordenades cartesianes 
(positiu cap al nord geogràfic) , 
(positiu cap a l’est geogràfic,
(positiu cap al nadir, és a dir cap a baix).
En el Sistema Internacional, la unitat de mesura del camp magnètic
és el tesla (T).
El valor del camp magnètic de la Terra és molt petit en relació
amb el valor d’un tesla, per la qual cosa s’utilitza el nanotesla
(
).
Els valors habituals del camp geomagnètic són
de l’ordre de 
.
Per exemple, un valor possible enregistrat a l’Observatori de l’Ebre
podria ser d’uns 45000
nT.
El camp geomagnètic és el resultat de diferents fonts. La més important és el camp principal, que prové de l’interior de la Terra; però el camp geomagnètic també depèn d’efectes externs, com ara de l’activitat solar.
Camp magnètic principal: és el més important. És d’origen endogen i presenta variacions en el temps (variacions al llarg dels segles, anomenades seculars) i en l’espai (anomalies magnètiques geogràfiques). A l’Observatori de l’Ebre el mòdul del camp val, com hem dit abans uns 45000 nT.
Camp variable d’origen extern: presenta variacions de caràcter periòdic (diürnes, mensuals, anuals i decennals) i de caràcter irregular (Bardasano i Elorrieta, 2000). A l’Observatori de l’Ebre la variació diürna en temps de calma és de l’ordre de 30 nT i en episodis de tempesta les variacions poden arribar a 350 nT.
En aquest treball aprendrem a mesurar les variacions que corresponen al períodes de tempesta magnètica a través dels índex K.
Durant les èpoques en què l’activitat solar és baixa, el camp geomagnètic presenta poques variacions; i és el que es coneix com a calma magnètica (Solar quiet, Sq). En canvi, quan l’activitat solar és important, es produeixen les tempestes geomagnètiques a causa de l’arribada de partícules del vent solar que, en augmentar en abundància i velocitat fan variar bruscament el camp magnètic .
Normalment el Sol emet un flux continu de matèria compost de protons, electrons i nuclis d’heli (vent solar). Quan es pertorba el camp magnètic de la corona solar aquest flux augmenta i injecta en el medi interplanetari gran quantitat de partícules d’alta energia que arriba a la Terra al cap d’algunes hores o dies (Parkinson, 1983).
Una tempesta magnètica presenta tres fases (figura 6)
Els índexs geomagnètics serveixen per mesurar quantitativament la pertorbació magnètica. La manera més òbvia d’estudiar un fenomen és agafar la mesura de la variació de la seva intensitat sobre un cert interval. És el cas de l’índex Dst , que indica la força del corrent d’anella equatorial. Està basat en els magnetogrames dels observatoris de latituds baixes. Representa la mesura dels valors de les variacions geomagnètiques produïdes per aquest corrent dins d’una hora, després de sostreure'ls la variació regular diürna.
El més usat, però, és l’índex K, que té un sentit físic bastant significatiu. Representa bàsicament les pertorbacions causades pels corrents polars que es desenvolupen durant les tempeste, dóna molta informació sobre les fonts solars de l’activitat geomagnètica i és essencial en els models d’interacció Sol-Terra (Mayaud, 1980).
L’índex K
va ser desenvolupat per Bartels per controlar objectivament les variacions magnètiques
irregulars observades en un observatori donat durant un interval de tres hores
de Temps Universal (TU), comptant a partir de les 0 hores a Greenwich. Es basa
en l’amplitud de les variacions dels components horitzontals (H
i D
) després de sostreure’ls la variació diürna regular
del dia. Se'n van definir 10 classes, amb límits proporcionals a aquells
definits per Bartels a l'Observatori de Niemegk, a Alemanya.
Atesa la gran variabilitat de les variacions s’utilitza una escala quasi
logarítmica:
| Valor de K | 0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
| Rang (Ebro) |
[0,3] |
[3,7] |
[7,14] |
[14,28] |
[28,49] |
[49,84] |
[84,140] |
[140,231] |
[231,350] |
>350 |
| Rang (Niemegk) |
[0,5] |
[5,10] |
[10,20] |
[20,40] |
[40,70] |
[70,120] |
[120,200] |
[200,330] |
[330,500] |
>500 |
Taula 1: Límits en nanotesles de les 10 classes per als índexs K a l'Observatori de l'Ebre i al de Niemegk.
Així, si la variació del camp magnètic a Ebre és de 35 nT, el valor de l’índex K seria 4. Per observatoris de latitud més baixa que Niemegk -com és el cas d’Ebre-, s’aplica un coeficient corrector per determinar els límits entre classes. Així l’índex K trihorari és un nombre enter, entre 0 i 9, corresponent a la major amplitud mesurada en els components horitzontals (H o D).
L’escalat (mesura) es fa amb una escala graduada (plantilla) que s’aplica sobre els magnetogrames, de manera que les divisions mesurades donen directament el valor de l’índex dins d’un interval trihorari (figura 8).
Bardasano, J.L. i Elorrieta, J.I. (2000). Bioelectromagnetismo. Ciencia y salud, Mc Graw Hill.
Campbell, W. (2001). Earth magnetism, a guided tour through magnetic fields, Harcout-Academic press.
De Miguel, L. (1980). Geomagnetismo, pub. IGN.
Mayaud, P.N. (1980). Derivation, meaning and use of geomagnetic indices, AGU.
Parkinson, W.D. (1983). Introduction to geomagnetism, Scottish academic press.
Udías, A i Mezcua, J. (1997). Fundamentos de geofísica, Alianza editorial.
Autor d'aquesta pągina: J.J. Curto , M. Vallés i E. Blanch
Aquesta
obra estą subjecta a una
Llicčncia
de Creative Commons
