El campo geomagnético y la variación secular

El campo magnético principal de la Tierra es, en primera aproximación, el de un dipolo geocéntrico inclinado, pero se desvía de este en detalle y se desplaza de forma medible de un año a otro en un cambio lento denominado variación secular.

Definition

El campo geomagnético es el campo magnético observado en y sobre la superficie de la Tierra, dominado por un dipolo geocéntrico interno y descrito matemáticamente por una expansión de armónicos esféricos, cuyos lentos cambios temporales de origen interno constituyen la variación secular.

Scope

Este tema abarca la descripción y la evolución temporal del campo magnético principal de la Tierra: su representación mediante un potencial de armónicos esféricos dominado por un dipolo geocéntrico, los elementos del campo (declinación, inclinación, intensidad) y los modelos de referencia como el International Geomagnetic Reference Field. Trata la variación secular, incluyendo la deriva hacia el oeste y las sacudidas geomagnéticas, y la separación de las fuentes de campo internas de las externas. El énfasis se pone en el campo actual y sus cambios decenales, más que en su registro en el tiempo profundo.

Core questions

• ¿Cómo se describe el campo principal mediante un dipolo geocéntrico y armónicos esféricos?
• ¿Cuáles son los elementos del campo y cómo se cartografían en los modelos de referencia?
• ¿Qué es la variación secular y con qué rapidez cambia el campo?
• ¿Cómo se separan las contribuciones internas y externas al campo?

Key concepts

• Dipolo axial geocéntrico y campo no dipolar
• Elementos del campo: declinación, inclinación, intensidad
• Representación de armónicos esféricos (Gauss)
• Variación secular, deriva hacia el oeste y sacudidas geomagnéticas
• International Geomagnetic Reference Field

Key theories

Representación del campo mediante armónicos esféricos

Gauss demostró que un campo magnético sin fuentes puede escribirse como el gradiente de un potencial expandido en armónicos esféricos, lo que permite separar el campo principal en un dipolo dominante, términos no dipolares y contribuciones de origen interno frente a externo.

Variación secular a partir del flujo del núcleo

La lenta deriva del campo, incluyendo su movimiento hacia el oeste y sus sacudidas abruptas, refleja el cambio del flujo de fluido en la parte superior del núcleo líquido, proporcionando una ventana superficial a la dinámica del núcleo en escalas de tiempo decenales.

Mechanisms

El campo principal se origina en corrientes eléctricas en el núcleo líquido; en y sobre la superficie no tiene corriente y, por lo tanto, es derivable de un potencial escalar, cuyos coeficientes de armónicos esféricos cambian lentamente a medida que evoluciona el flujo subyacente del núcleo, produciendo la variación secular medida, mientras que las fuentes corticales y externas (ionosféricas y magnetosféricas) añaden contribuciones de longitud de onda más corta y más rápidas.

Clinical relevance

Los modelos precisos del campo y su variación secular son esenciales para la navegación con brújula magnética, la perforación direccional, las operaciones de satélites y naves espaciales, y como referencia continuamente actualizada para los estudios magnéticos.

History

Halley cartografió la declinación sobre el Atlántico alrededor de 1700, Gauss en la década de 1830 introdujo el análisis de armónicos esféricos y separó por primera vez las fuentes internas de las externas, y el moderno International Geomagnetic Reference Field, ahora informado por misiones satelitales, proporciona modelos globales del campo y su variación actualizados regularmente.

Key figures

• Carl Friedrich Gauss
• Edmond Halley
• George Backus

Seminal works

• backus1996
• merrill1996
• alken2021

Frequently asked questions

¿Por qué una brújula no apunta al norte verdadero?

Una brújula se alinea con el campo magnético horizontal local, cuya dirección (declinación) difiere del norte geográfico porque el campo geomagnético no es un dipolo axial perfecto y varía de un lugar a otro; los modelos de campo de referencia proporcionan la declinación necesaria para corregir una brújula.

¿Qué es la variación secular?

La variación secular es el cambio lento, de año en año, en el campo magnético principal de la Tierra, como la deriva de las características magnéticas y el debilitamiento gradual del dipolo, impulsado por el movimiento fluido en evolución en el núcleo exterior líquido.