Ciencias Exactas y Naturales

Pandilla Petit, (preescolar y 1ro. y 2do. año de primaria)

PP-EN-125 El campo magnético de la Tierra

Asesor: Zayda Maya Solis

Equipo [Ethan Owen Sáenz Bermúdez 1 Quetzal] Ethan Owen Sáenz Bermúdez [1 Quetzal]

Resumen

https://youtu.be/HHni-OoVgjI

Nuestra Tierra se encuentra protegida por una gran burbuja llamada campo magnético que desvía la dañina radiación solar y creando un gran escudo que rodea nuestro planeta. Ahora gracias a la constelación de satélites SWARM de la Agencia Espacial Europea, los científicos han podido comprobar como en un área que abarca desde África hasta Sudamérica, el campo magnético terrestre se está debilitando gradualmente, un fenómeno que han bautizado como la “anomalía del Atlántico Sur”. Esto me impacto tanto que en mi proyecto quiero crear una maquina que pueda evitar que el campo magnético siga debilitándose, aquí les iré contando todo el proceso desde como surgió la idea mis teorías y mucho más.

Pregunta de Investigación

¿Cómo hacer que el campo magnético de la Tierra sea más fuerte?

Planteamiento del Problema

Actualmente se conoce que el campo magnético de la tierra se encuentra en constante deterioro, a un ritmo cada vez más rápido. Este mismo es básico para la vida en nuestro planeta y nos protege de la radiación constante que emite el sol.
Cabe mencionar que al vernos desfavorecidos con esta situación la vida diaria se vería impactada dejándolos incomunicados y con enfermedades en la piel.

Antecedentes

El campo magnético terrestre se está debilitando gradualmente

A nivel superficial, la llamada anomalía del Atlántico Sur no es motivo de alarma, sin embargo, este extraño comportamiento desconcierta a los geofísicos y está provocando perturbaciones técnicas en los satélites que orbitan la Tierra.
Si bien la pandemia del coronavirus ha resultado más que suficiente para hacer del 2020 un año atípico, durante el transcurso del mismo, estamos asistiendo a otros fenómenos que por inusuales y en ocasiones preocupantes están dando bastante de que hablar a los expertos en sus respectivas materias. Así, a principios de abril, el Sentinel-5P mostraba como condiciones atmosféricas poco habituales habían motivado el desplome de los niveles de ozono en el Ártico provocando la apertura de un “mini agujero”. De igual manera, a finales del mismo mes, una investigación llevada a cabo por la Universidad de Colorado Boulder y el Instituto de Oceanografía Scripps informaba de que la debilitación de los vientos en el océano Pacífico provocaron en 2019 una anómala ola de calor marina veraniega que batió récords conocida como Blob 2.0.
Ahora gracias a la constelación de satélites SWARM de la Agencia Espacial Europea, los científicos han podido comprobar cómo en un área que abarca desde África hasta Sudamérica, el campo magnético terrestre se está debilitando gradualmente, un fenómeno que han bautizado como la “anomalía del Atlántico Sur”.
Un fenómeno dinámico
El campo magnético terrestre es básico para la vida en nuestro planeta. Esta compleja fuerza dinámica nos protege de la radiación cósmica y las partículas cargadas de energía procedentes del Sol. En gran parte es generado por el océano de hierro fundido super caliente y turbulento que conforma el núcleo exterior de la Tierra, a unos 3.000 kilómetros bajo nuestros pies. Como si se tratase del conductor giratorio de la dinamo de una bicicleta, este crea corrientes eléctricas que, a su vez, generan nuestro campo magnético en constante cambio. Este campo, lejos de ser estático, varía con el tiempo tanto en fuerza como en dirección. De hecho, estudios recientes han demostrado que, en la actualidad, la posición del polo norte magnético está cambiando a gran velocidad. Y es que, en los últimos doscientos años, el campo magnético ha perdido, de media global, alrededor del 9 % de su fuerza. Entre África y Sudamérica se ha formado una extensa región de menor intensidad magnética, que como indicamos tan solo unas líneas atrás se conocen como la anomalía del Atlántico Sur. Ya entre 1970 y 2020, la intensidad mínima del campo magnético en esta zona descendió de alrededor de 24.000 a 22.000 nanoteslas (el tesla es la es la unidad de inducción magnética del Sistema Internacional de Unidades) al tiempo que el área de la anomalía ha aumentado y se ha desplazado hacia el oeste a un ritmo de unos 20 kilómetros al año. Además, según indican los datos, en los últimos cinco años ha surgido un segundo centro de intensidad mínima al suroeste de África, lo que sugiere que la anomalía del Atlántico Sur podría estar dividiéndose en dos.
El modelo del dipolo terrestre a debate
El campo magnético terrestre suele representarse como una potente barra dipolar en el centro del planeta, inclinada unos 11° con respecto al eje de rotación. No obstante, el crecimiento de la anomalía del Atlántico Sur indica que los procesos involucrados en la generación del campo son mucho más complejos. Los modelos dipolares son incapaces de explicar la reciente evolución del segundo mínimo.
Los científicos del Grupo de Datos, Innovación y Ciencia Swarm -DISC- están empleando datos de la constelación de satélites Swarm de la ESA para entender mejor esta anomalía. Los satélites Swarm están diseñados para identificar y medir con precisión las distintas señales magnéticas que conforman el campo magnético de la Tierra.

Este descenso en la intensidad que en el Atlántico Sur entra dentro de lo que se consideran niveles de fluctuación normales del campo magnético.
Jürgen Matzka, del Centro Alemán de Investigación de Geociencias (GFZ), explica: “El nuevo mínimo oriental de la anomalía del Atlántico Sur lleva una década formándose, aunque en los últimos años se ha acelerado su desarrollo. Tenemos mucha suerte de contar con los satélites Swarm para investigar la evolución de esta anomalía. El reto ahora es entender los procesos en el núcleo terrestre que provocan estos cambios”.

Se ha especulado sobre si el actual debilitamiento del campo es un signo de que la Tierra se acerca a una inminente inversión de los polos norte y sur, que se intercambiarían. Este fenómeno se ha producido muchas veces a lo largo de la historia de nuestro planeta y, aunque sería hora de que sucediera teniendo en cuenta la frecuencia media a la que tiene lugar esta inversión -cada 250.000 años aproximadamente-, el descenso en la intensidad que se está produciendo en estos momentos en el Atlántico Sur entra dentro de lo que se consideran niveles de fluctuación normales.
A nivel superficial, la anomalía del Atlántico Sur no es motivo de alarma. Sin embargo, es más probable que los satélites y otras naves que sobrevuelen la zona experimenten fallos técnicos, dada la mayor debilidad del campo magnético en esa región, lo que permite que las partículas cargadas penetren hasta las altitudes de los satélites en órbita baja terrestre.

Objetivo

Construir una máquina que aumente la actividad del núcleo para así poder incrementar el campo magnético de la Tierra.

Justificación

Desde que vi un documental del espacio y comentaron, que el sol estaba atacando al campo magnético de la Tierra y se estaba debilitando me preocupé, porque esto puede ocasionar que no tengamos luz ni aparatos de comunicación y causar enfermedades como el cáncer de piel.
Con este proyecto intento proteger a nuestro planeta y a las personas que habitan en él.
El constante deterioro me preocupa y es por eso que me pregunto cómo puedo incrementar la actividad del núcleo de la Tierra para así aumentar el campo magnético. ya que el núcleo es el responsable de crear la gran burbuja.

Hipótesis

Si logro construir una máquina que tenga la suficiente fuerza para mover el hierro y el níquel dentro del núcleo entonces podría incrementar el campo magnético de nuestro planeta.

Método (materiales y procedimiento)

Con un modelo a escala del planeta Tierra mostraré su estructura interna dejando al descubierto al núcleo, en la parte trasera de la esfera va una bobina de cable por la que va a pasar corriente eléctrica que va a generar un campo magnético haciendo girar al núcleo que contiene imanes, de esta manera enseñare como es que se genera nuestro campo magnético. Los materiales que utilice son 3 placas de unicel, pinturas, palitos de madera, una esfera de plástico, una bobina de cable, agua, una batería de 12v y unos imanes rayados.

Galería Método

Resultados

Al realizar el experimento conectamos la bobina a una pila de 12v, la energía que pasa por los aros hace que se genere un campo magnético que nos ayuda a mover los imanes que se encuentran dentro de la esfera, de este modo podemos ver a escala el comportamiento interno de nuestro núcleo.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

El campo Magnético de nuestro planeta es muy importante para vida, aparte de protegernos de la radiación del sol permite que podamos tener un orden dentro de nuestro día a día, influye en los animales y en nuestros océanos, nos permite que podamos comunicarnos y ubicarnos, en un tiempo donde todos dependemos de la tecnología es muy importante mantener nuestro campo estable ya que este se encuentra en constante cambio espero que mi máquina en un futuro pueda ayudar a mantener este orden.

Bibliografía








http://www.infoespacial.com/mundo/2018/04/16/noticia-presenta-viena-resultados-mision-swarm.html
https://www.esa.int/Space_in_Member_States/Spain/Swarm_la_mision_de_la_ESA_para_el_estudio_del_campo_magnetico
https://mundogeo.com/es/2013/11/25/los-tres-satelites-swarm-ya-en-orbita-monitorizaran-el-campo-magnetico-terrestre/
https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/campo-magnetico-terrestre-se-esta-debilitando-gradualmente_15557#:~:text=El%20campo%20magn%C3%A9tico%20terrestre%20es,de%20energ%C3%ADa%20procedentes%20del%20Sol.

Summary

Our Earth is protected by a large bubble called a magnetic field that deflects harmful solar radiation and creates a large shield that surrounds our planet. Now thanks to the constellation of satellites SWARM of the European Space Agency, scientists have been able to verify how in an area that extends from Africa to South America, the Earth’s magnetic field is gradually weakening, a phenomenon that they have dubbed the “Atlantic anomaly South”. This impacted me so much that in my project I want to create a machine that can prevent the magnetic field from continuing to weaken, here I will tell you about the whole process from how the idea arose, my theories and much more.

Research Question

How to make the Earth's magnetic field stronger?

Problem approach

Currently it is known that the earth’s magnetic field is constantly deteriorating, at an increasingly rapid rate. This same is basic for life on our planet and protects us from the constant radiation emitted by the sun.
It is worth mentioning that when we are disadvantaged with this situation, daily life would be impacted, leaving them isolated and with skin diseases.

Background

Earth’s magnetic field is gradually weakening

At the surface level, the so-called South Atlantic anomaly is not cause for alarm, however, this strange behavior puzzles geophysicists and is causing technical disturbances in the satellites orbiting the Earth.
Although the coronavirus pandemic has been more than enough to make 2020 an atypical year, during the course of it, we are witnessing other phenomena that, because they are unusual and sometimes worrying, are giving the experts in their respective subjects a lot to talk about. . Thus, at the beginning of April, the Sentinel-5P showed how unusual atmospheric conditions had caused the collapse of ozone levels in the Arctic, causing the opening of a “mini hole”. Similarly, at the end of the same month, an investigation carried out by the University of Colorado Boulder and the Scripps Institute of Oceanography reported that the weakening of the winds in the Pacific Ocean caused an anomalous summer marine heat wave in 2019 that broke records known as Blob 2.0.
Now thanks to the constellation of SWARM satellites of the European Space Agency, scientists have been able to verify how in an area that extends from Africa to South America, the Earth’s magnetic field is gradually weakening, a phenomenon that they have dubbed the “Atlantic anomaly South”.
A dynamic phenomenon
The Earth’s magnetic field is basic for life on our planet. This complex dynamic force protects us from cosmic radiation and energetic particles from the Sun. Much of it is generated by the super hot and turbulent molten iron ocean that makes up the Earth’s outer core, some 3,000 kilometers below us. feet. As if it were the rotating conductor of a bicycle dynamo, it creates electrical currents that, in turn, generate our constantly changing magnetic field.This field, far from being static, varies with time both in strength and direction. In fact, recent studies have shown that the position of the magnetic north pole is changing rapidly today. And it is that, in the last two hundred years, the magnetic field has lost, on a global average, about 9% of its strength. Between Africa and South America an extensive region of less magnetic intensity has formed, which as we indicated just a few lines ago is known as the South Atlantic anomaly.Already between 1970 and 2020, the minimum intensity of the magnetic field in this area fell from around 24,000 to 22,000 nanoteslas (the tesla is the is the unit of magnetic induction of the International System of Units) while the area of ​​the anomaly has increased and it has moved westward at a rate of about 20 kilometers a year. In addition, the data indicates, a second center of least intensity has emerged in southwestern Africa in the past five years, suggesting that the South Atlantic anomaly may be splitting in two.
The terrestrial dipole model under debate
The Earth’s magnetic field is usually represented as a powerful dipole bar in the center of the planet, inclined about 11 ° with respect to the axis of rotation. However, the growth of the South Atlantic anomaly indicates that the processes involved in generating the field are much more complex. The dipole models are unable to explain the recent evolution of the second minimum.
Scientists from the Swarm Data, Innovation and Science Group -DISC- are using data from ESA’s Swarm constellation of satellites to better understand this anomaly. Swarm satellites are designed to accurately identify and measure the various magnetic signals that make up the Earth’s magnetic field.

This decrease in intensity in the South Atlantic falls within what are considered normal fluctuation levels of the magnetic field.
Jürgen Matzka of the German Research Center for Geosciences (GFZ) explains: “The new eastern minimum of the South Atlantic anomaly has been in the making for a decade, although its development has accelerated in recent years. We are very lucky to have the Swarm satellites to investigate the evolution of this anomaly. The challenge now is to understand the processes in the Earth’s core that cause these changes ”.

It has been speculated whether the current weakening of the field is a sign that the Earth is approaching an imminent reversal of the north and south poles, which would be swapped. This phenomenon has occurred many times throughout the history of our planet and, although it would be time for it to happen taking into account the average frequency at which it takes place. This reversal – approximately every 250,000 years – the decrease in intensity that is currently taking place in the South Atlantic falls within what are considered normal fluctuation levels.
At the surface level, the South Atlantic anomaly is not a cause for alarm. However, satellites and other spacecraft flying over the area are more likely to experience technical failures, given the greater weakness of the magnetic field in that region, which allows charged particles to penetrate to the altitudes of satellites in low Earth orbit.

Objective

Build a machine that increases the activity of the nucleus in order to increase the Earth’s magnetic field.

Justification

Since I saw a space documentary and they commented that the sun was attacking the Earth’s magnetic field and was weakening, I was worried, because this can cause us to have no light or communication devices and cause diseases such as skin cancer.
With this project I try to protect our planet and the people who inhabit it.
The constant deterioration worries me and that is why I wonder how I can increase the activity of the Earth’s core in order to increase the magnetic field. since the nucleus is responsible for creating the big bubble.

Hypothesis

If I can build a machine that is strong enough to move the iron and nickel within the core then it could increase the magnetic field of our planet.

Method (materials and procedure)

With a scale model of the planet Earth I will show its internal structure exposing the nucleus, at the back of the sphere there is a coil of wire through which an electric current will pass that will generate a magnetic field making the nucleus rotate. It contains magnets, in this way I will show how our magnetic field is generated. The materials I use are 3 Styrofoam plates, paints, wooden sticks, a plastic sphere, a coil of cable, water, a 12v battery and some scratched magnets.

Results

When conducting the experiment we connect the coil to a 12v battery, the energy that passes through the rings causes a magnetic field to be generated that helps us to move the magnets that are inside the sphere, from this

So we can see the internal behavior of our nucleus at scale.

Discussion

Conclusions

The Magnetic field of our planet is very important for life, apart from protecting ourselves from the sun’s radiation, it allows us to have an order within our day to day life, it influences the animals and our oceans, it allows us to communicate and locate ourselves, In a time where we all depend on technology it is very important to keep our field stable since it is constantly changing. I hope that my machine in the future can help maintain this order.

Bibliography








http://www.infoespacial.com/mundo/2018/04/16/noticia-presenta-viena-resultados-mision-swarm.html
https://www.esa.int/Space_in_Member_States/Spain/Swarm_la_mision_de_la_ESA_para_el_estudio_del_campo_magnetico
https://mundogeo.com/es/2013/11/25/los-tres-satelites-swarm-ya-en-orbita-monitorizaran-el-campo-magnetico-terrestre/
https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/campo-magnetico-terrestre-se-esta-debilitando-gradualmente_15557#:~:text=El%20campo%20magn%C3%A9tico%20terrestre%20es,de%20energ%C3%ADa%20procedentes%20del%20Sol.