Como é formado o campo magnético da Terra

Muito se fala sobre ele, mas você sabe exatamente o que é o campo magnético da Terra? Nosso planeta é um grande ímã e esse é um fator crucial para a vida como a conhecemos prosperar. Os cientistas ainda estão estudando o que forma as linhas de campo magnético, mas a ideia mais aceita é conhecida como Teoria do Dínamo, que descreve como o movimento do núcleo cria o magnetismo.

Um campo magnético é uma grandeza física diretamente ligada à movimentação das cargas elétricas — essa é uma das leis mais importantes da física. Sempre que houver uma carga elétrica em movimento, haverá um campo magnético.

Isso implica que esses campos estão presentes em todos os lugares, seja em pequena ou em grande escala. Afinal, todos os elétrons estão em constante movimento ao redor do núcleo atômico e, como possuem carga negativa, essa movimentação gera um campo magnético.

Em outras palavras, todos os átomos são “mini ímãs”, pois seus elétrons sempre estarão em movimento. Mas há outras formas de criar um campo magnético, que é através de uma corrente elétrica — a mesma que está presente nas tomadas domésticas.

Um fio elétrico, quando ligado a um aparelho em funcionamento (isto é, quando a corrente elétrica está em movimento), gera seu próprio campo magnético. Ele é muito fraco para atrair objetos ferromagnéticos (feitos de materiais que se atraem por magnetismo, como o ferro).

Ainda assim, o campo magnético em um fio com corrente elétrica é útil para criar eletroímãs, por exemplo. Ao enrolarmos o fio (bobina) em uma barra de ferro e fazermos a corrente elétrica se movimentar, os átomos do ferro se alinham ao campo magnético gerado pela bobina. Assim, o ferro se torna um ímã, ao menos temporariamente.

Para criar um ímã (permanente ou não), tudo o que precisamos fazer é alinhar todos os átomos na mesma direção. Lembra que átomos são mini-ímãs? Isso significa que eles possuem polos norte e sul, e tendem a se alinhar — mas isso depende do tipo de material.

Em certos materiais, os átomos estão organizados de maneira tão rígida que não podem se alinhar. Em outros, como ferro e níquel, essa organização é muito mais maleável porque os elétrons orbitam o núcleo em uma distribuição que gera um campo magnético especialmente forte.

Assim, se aproximarmos um ímã suficientemente forte de uma barra de ferro, os campos magnéticos dos átomos de ferro se alinharão ao campo magnético do ímã, apontando para a mesma direção. Os átomos formarão um “Megazord” chamado domínio magnético, que possuirá um polo norte e um polo sul.

A Terra possui um campo magnético graças a um efeito de dínamo. O núcleo líquido de ferro que se movimenta cria correntes elétricas, enquanto a rotação da Terra em seu próprio eixo faz com que essas correntes gerem um campo magnético gigante.

Com isso, a Terra tem polos norte e sul magnéticos, embora eles não coincidam com os polos geográficos. Além disso, os polos magnéticos da Terra geralmente se movem, devido à atividade muito abaixo da superfície da Terra. Esse deslocamento é registrado em rochas que se formam quando o magma é expelido pela crosta terrestre e se derrama como lava.

O material da lava possui campo magnético atômico altamente maleável, por isso, à medida que ela esfria e se torna rocha sólida, os átomos são alinhados com o campo magnético da Terra. É assim que cientistas usam essas rochas para descobrir a posição do campo magnético da Terra há milhares de anos.

Também acontece em algumas ocasiões a inversão dos polos magnéticos do planeta, o que foi descoberto analisando essas rochas antigas. Mas o campo magnético da Terra não se move rapidamente com frequência, por isso ele é importante para as pessoas se orientarem por bússolas (que apontam para o polo magnético, e não geométrico).

Como o campo magnético da Terra nos protege

O campo magnético da Terra domina a região da magnetosfera, que envolve o planeta e sua atmosfera. Isso é importante para bloquear as partículas carregadas do Sol, enviadas pelo vento solar, que pode prejudicar a camada de ozônio e os componentes eletrônicos, além das correntes elétricas nas cidades.

As partículas carregadas (essencialmente, íons positivos, ou núcleos atômicos que tiveram seus elétrons pelo calor solar) viajam em direção ao nosso planeta, principalmente após algum evento estremo na superfície do Sol, como uma erupção solar.

Quando chegam à magnetosfera Terra, os íons empurram o campo magnético no lado do planeta voltado para o Sol, são conduzidas por este campo de modo que dão a volta pelos polos, e estica o campo magnético num formato de lágrima no lado da sombra. Esse evento é conhecido como tempestade solar.

Às vezes, algumas partículas de vento solar “escapam” dessa “armadilha”, e atingem átomos de gás na atmosfera superior ao redor dos polos magnéticos. Isso faz com que as auroras sejam produzidas no céu acima de lugares como Alasca, Canadá e Escandinávia.

Nem todos os planetas possuem um campo magnético, como é o caso de Marte. Os cientistas cogitam que isso se deve ao fato de não haver um núcleo de ferro líquido no Planeta Vermelho, e que esse foi um dos fatores pelos quais a atmosfera marciana escapou para o espaço.

Sentindo o campo magnético: o que é magnetorecepção

Alguns animais podem “sentir” o campo magnético, como as abelhas, tubarões e pássaros, e de fato se orientam através dele para se locomover, se alimentar e voltar para seus lares. Isso nos mostra o quando a importância do campo magnético vai muito além da proteção contra as partículas carregadas do Sol.

A capacidade de “sentir” o campo magnético é conhecido como magnetorecepção, e cada espécie mencionada possui seu próprio sistema capaz de detectar o magnetismo. Isso pode ser explicado pelo simples fato de os seres vivos conviverem com o campo eletromagnético desde sua origem na Terra.

Um estudo publicado por pesquisadores brasileiros em 2009 no Journal of the Royal Society Interface mostrou que a influência do campo geomagnético da Terra sobre a orientação dos animais incluem uma determinada espécie de formiga migratória, graças às quantidades de partículas magnéticas em suas antenas.

Pouco se sabe sobre os mecanismos que conectam a magnetorecepção ao sistema nervoso central de animais, mas estudos mostraram que o fenômeno também afeta seres humanos. Afinal, nosso cérebro é cheio de neurônios que produzem cargas elétricas, ou seja, está suscetível à magnetização.

O estudo sobre a magnetorecepção em seres humanos foi aprofundado em 2019, quando cientistas do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) publicaram um estudo mostrando que as pessoas poderiam, sim, ser afetadas pelo campo magnético da Terra — mais que isso, interpretar, de alguma maneira — mesmo sem perceber.

Um grupo de pesquisadores descobriu evidências de que o nosso planeta tinha um forte campo magnético há 4,2 bilhões de anos, 750 milhões de anos antes do que se pensava e apenas 350 milhões de anos após a formação da Terra. A pesquisa, publicada no PNAS, corrobora para a teoria de que esse magnetismo protegeu a atmosfera do nosso planeta das partículas altamente energéticas enviadas do Sol — permitindo que a vida de desenvolvesse.

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"Essa pesquisa está nos dizendo fatos sobre a formação de um planeta habitável", disse John Tarduno, um dos cientistas, em comunicado. "Uma das perguntas que queremos responder é por que a Terra evoluiu como evoluiu — e isso nos dá ainda mais evidências de que a blindagem magnética foi registrada muito cedo no planeta."

O campo magnético da Terra é gerado no núcleo do planeta, graças a enorme quantidade de ferro líquido presente por lá: o material se movimenta, gerando corrente elétrica e impulsionando o magnestismo. Devido à localização e às temperaturas extremas desse material, os cientistas não são capazes de medir diretamente o campo magnético do planeta.

Entretanto, quando alguns desses minerais chegam à superfície da Terra — por atividades vulcânicas, por exemplo — eles podem ser estudados. Foi assim que a equipe de Tarduno pôde estudar pequenos cristais de zircão, um dos minerais mais antigos que conhecemos, encontrados na Austrália.

Isso porque os zircões, com cerca de dois décimos de milímetro, contêm partículas magnéticas ainda menores que armazeram informações sobre o magnestismo terrestre de quando os cristais foram formados. Foi estudando esse material que Tarduno e sua equipe concluíram que, quando a rocha original da Terra (contendo zircão) esfriou pela primeira vez, o campo magnético foi criado.

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Embora os pesquisadores acreditassem a princípio que o campo magnético inicial da Terra tivesse uma intensidade fraca, os novos dados de zircão sugerem uma intensidade muito maior. Contudo, como o núcleo do nosso planeta ainda não havia se formado, esse magnetismo provavelmente era resultado de outro fenômeno que não a movimentação de ferro. "Achamos que esse mecanismo é a precipitação química de óxido de magnésio", pontuou Tarduno.

De acordo com o cientista, nesse processo o óxido de magnésio provavelmente foi dissolvido pelo calor resultante do impacto do meteoro que atingiu a Terra há milhões de anos, formando a Lua. À medida que o interior do planeta esfriava, o óxido de magnésio poderia se precipitar, impulsionando os movimentos necessários na atmosfera para a formação do magnetismo. O mecanismo foi extinto há 565 milhões de anos, quando a substância se extinguiu.

"Esse campo magnético inicial era extremamente importante porque protegia a atmosfera e [impedia] a remoção de água no início da Terra, quando os ventos solares eram mais intensos", explicou Tarduno. "O mecanismo de geração de campo é certamente importante para outros corpos, como outros planetas e exoplanetas."

Faz sentido, considerando uma teoria importante de que Marte teve um campo magnético que, ao contrário do nosso, entrou em colapso e não se renovou — como aconteceu por aqui. "Mas ainda não sabemos por que a blindagem magnética entrou em colapso. A blindagem magnética inicial é realmente importante, mas também estamos interessados ​​na sustentabilidade de um campo magnético. Esse estudo nos fornece mais dados na tentativa de descobrir o conjunto de processos que mantêm o escudo magnético na Terra", observou Tarduno.