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TAPA

La historia magnética de Brasil

El análisis de fragmentos de ladrillos de antiguas construcciones registra el debilitamiento del campo magnético en América del Sur

GELVAM HARTMANN / IAG-USLas muestras preparadas (debajo) van al horno: rescate magnéticoGELVAM HARTMANN / IAG-US

Durante cuatro años, el físico Gelvan Hartmann recolectó y analizó casi 600 fragmentos de ladrillos de iglesias y casas antiguas de Bahía, de São Paulo, de Río de Janeiro y de Espírito Santo para conocer la variación del campo magnético terrestre sobre Brasil durante los últimos 500 años, un período al respecto del cual prácticamente no se contaba con información desde el punto de vista geofísico. Su trabajo registró un inesperado descenso en la intensidad del campo magnético en las regiones nordeste y sudeste y, a partir de ahí, estableció un método de análisis de materiales arqueológicos brasileños que confirmó o definió las probables fechas de edificación de antiguas construcciones, algunas de ellas sin ninguna documentación histórica.

Junto con arqueólogos, arquitectos y geólogos, Hartmann extrajo pequeños trozos de ladrillos de iglesias y casas coloniales de Pelourinho, un barrio en el casco histórico de Salvador (Bahía), con martillo y cincel cuando era posible o, cuando no, con un taladro refrigerado con agua. Poco a poco, mientras examinaba ese material en el Instituto de Física del Globo de París (IPGP) y en el Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas (IAG) de la Universidad de São Paulo (USP), reconstruyó la historia magnética de Brasil, al confirmar las fechas de las construcciones y asociarlas con las respectivas intensidades magnéticas. Así fue como emergió una nueva información – la intensidad del campo magnético, de 36,2 microteslas (la tesla es la unidad de medida de la densidad del flujo magnético) – de una de las más antiguas construcciones de Brasil, la Catedral de São Salvador, erigida por los jesuitas entre 1561 y 1591 con recursos aportados por el tercer gobernador general de Brasil, Mem de Sá, y una campana traída de Portugal.

Casi no se presentaron dificultades con la mayoría de las muestras de las fundaciones y las paredes de las iglesias de Salvador, aunque, extrañamente, el análisis de una muestra de la casa del poeta Gregório de Matos, conocido como Boca do Inferno por causa del sarcasmo con el que trataba a las autoridades de Salvador, indicó que la construcción había sido erigida en 1830, y no entre 1695 y 1700, tal como estaba documentado. Hartmann luego verificó que esa era solamente la fecha de construcción del tercer piso – una construcción más tardía –, de donde él había tomado las muestras de ladrillos cuando esa parte de la casa estaba siendo restaurada.

“Los geofísicos nos están ayudando a contar la historia de la ocupación de Brasil”, reconoce Marisa Afonso, profesora de arqueología y vicedirectora del Museo de Arqueología y Etnología (MAE) de la USP. En abril de 2004, durante un largo día lluvioso en el centro regional del MAE en Piraju, en el interior paulista, ella recibió un e-mail de Ricardo Trindade, profesor del IAG y director de Hartmann en su doctorado. Desde París, Trindade la invitaba para ayudar en el trazado de la curva de datación de materiales arqueológicos, que todavía no se había realizado en Brasil, utilizando registros del campo magnético, con el formato que él ya había verificado allá. “Cuantos más métodos de datación tengamos, mejor, ya que las técnicas más usuales, tales como el carbono 14 y la termoluminiscencia, no siempre funcionan en cualquier caso”, dice ella. “Afortunadamente tanto Gelvam como Ricardo son apasionados por la arqueología y saben expresarse en manera simple al respecto de lo que hacen”.

Simultáneamente, Hartmann y otros investigadores del IAG están midiendo las variaciones del campo magnético terrestre, principalmente en las regiones donde presenta menor intensidad. Ese campo magnético es generado por el movimiento del hierro líquido existente en el núcleo de la Tierra, y se manifiesta en la superficie del planeta al orientar las brújulas y al formar una barrera invisible a 30 mil kilómetros por encima de la superficie del planeta que dificulta el ingreso de partículas provenientes del Sol. Actualmente se sabe que la región terrestre donde ese campo es más débil, la Anomalía Magnética del Atlántico Sur, se está desplazando y expandiendo. Esta zona, anteriormente circunscrito al sur de África, hoy cubre parte del sur de Sudamérica y casi todo el Atlántico Sur.

El punto de menor intensidad de esa mancha se está desplazando hacia el oeste: se situaba en el sur africano, luego en el centro del Atlántico Sur, a mitad de camino entre Brasil y Sudáfrica. Alrededor de 1930 se hallaba cerca de la ciudad de Río de Janeiro, migró hacia el sur y se estacionó sobre el estado de Santa Catarina, y actualmente se ubica en Paraguay, con una intensidad de alrededor de 22 microteslas. Algunos de sus efectos son conocidos: justamente en las áreas donde el campo es más débil, los satélites de telecomunicaciones y los transbordadores espaciales pueden sufrir mayores interferencias magnéticas, que pueden dañar sus instrumentos, tanto como, en menor escala, un imán puede desmagnetizar una computadora y borrar información.

016-021_campomagnetico_185-01Los resultados surgieron luego de una serie de sorpresas, no todas agradables. Hartmann cuenta que se sintió abatido en mayo de 2008, después de comenzar una pasantía de seis meses en el laboratorio de paleomagnetismo del Instituto de Física del Globo de París. Su objetivo consistía en la medición del campo magnético del material que había llevado – fragmentos cerámicos brasileños de los últimos 2 mil años –, pero los datos resultaban erróneos. Yves Gallet, el jefe del laboratorio, me dijo que no lograría analizar esas piezas, debido a que no estaban bien cocidas internamente. Cerámicas, ladrillos, tejas o cualquier otro material que sufrió un calentamiento intenso pueden guardar el registro del campo magnético de la Tierra en el momento de su cocción, pero, para ello, se tienen que haber cocido uniformemente. Yves me hizo una propuesta: “Viaje a Brasil, permanezca allá durante 20 días, acopie material histórico, de no más de 500 años, y regrese; yo le costeo los pasajes”, comenta Hartmann.

Él desembarcó en Salvador, la primera capital brasileña. Inmediatamente contactó a Carlos Etchevarne, profesor de arqueología de la Universidad Federal de Bahía (UFBA), a quien conociera durante un congreso tres años atrás, y a Rosana Najjar, arqueóloga del Instituto del Patrimonio Histórico y Artístico Nacional (Iphan) y coordinadora del Proyecto Pelourinho de Arqueología (Monumenta/ Iphan). Etchevarne y Rosana le presentaron a otros arqueólogos, quienes lo ayudaron a recolectar fragmentos de ladrillos de cimientos, paredes o techos de 20 construcciones antiguas del Pelourinho. “Nunca habíamos trabajado anteriormente con físicos”, comenta Etchevarne, “pero rápidamente logramos un fluido diálogo, con objetivos comunes”.

Ellos seleccionaron edificaciones cuya fecha de construcción ya se encontraba establecida mediante registros históricos o por investigaciones arqueológicas. Eso por una sencilla razón: Hartmann necesitaba una referencia inicial para establecer la fecha de construcción por sus propios métodos, midiendo la intensidad de los vestigios del campo magnético registrado en minerales ferrosos como la magnetita y la hematita, que componen la arcilla utilizada para fabricar los ladrillos de esas construcciones. Tanto como la fecha, le interesaba la intensidad del campo magnético en el momento de la cocción. “El campo magnético de la Tierra oscila incesantemente, en diferentes escalas de tiempo, entre milisegundos y miles de millones de años, de tal modo que los fragmentos de construcciones con distintas edades registran valores de ese campo también diferentes”, dice.

De regreso en París, Hartmann relata que trabajó “16 horas por día, incluyendo sábados y domingos”, durante dos meses, para determinar la edad y la intensidad del campo magnético del material que había llevado. Mediante ésas y otras muestras recolectadas en otro viaje a Salvador, confirmó por sus propios métodos las fechas de construcciones históricas, perfeccionando las técnicas de trabajo. “Esos datos sirven como herramienta para la datación de construcciones históricas”, certifica Trindade, quien formó parte de la segunda expedición a Salvador, en diciembre de 2008. Y realmente sirven. A medida que iba dominando la técnica y creaba una asociación entre las fechas y las intensidades del campo magnético, Hartmann pudo definir la fecha de construcción – entre 1675 y 1725 – de una casa de Pelourinho, la del número 27, de la cual los arqueólogos no poseían ninguna documentación.

En el instituto de París y en el IAG, Hartmann preparó 295 muestras de 14 iglesias y casas de Salvador. Luego, en la región sudeste, recorrió casas de campo, iglesias y otras construcciones de São Paulo, junto con el arqueólogo Paulo Zanettini, y de Espírito Santo y Río de Janeiro, junto con la arqueóloga Rosana Najjar, obteniendo más de 289 muestras de 11 lugares distintos. Hartmann adecuó las muestras a un formato de cubos de un centímetro de lado. Después las llevó al horno paleomagnético que, luego de sucesivos calentamientos y enfriamientos, establece la intensidad y la orientación del campo magnético del momento en que la arcilla fue cocida por primera vez. Se trata de un método lento y, por consiguiente, de baja eficiencia: Hartmann obtuvo información certera solamente en el  56% de las muestras del nordeste y el 38% de las del sudeste.

016-021_campomagnetico_185-02Luego de cocer, enfriar y medir en el magnetómetro las muestras de cada lugar que visitó, Hartmann trazó las curvas de variación de la intensidad del campo magnético para cada región. La del nordeste reveló valores decrecientes – de alrededor de 40 microteslas en 1560 a 25 microteslas en 1920 – con una caída de aproximadamente cinco  de estas unidades cada siglo. “Es bastante”, dice. Los valores de las muestras de la región sudeste exhibieron un descenso más pronunciado, tal como se detalla en un artículo publicado este año en la revista Earth and Planetary Science Letters, donde en 2010 se publicaron los datos sobre el nordeste. “Ambos artículos representan un aporte fundamental a la comprensión de la evolución del campo magnético terrestre durante los últimos 500 años”, asegura Trindade. El geofísico Igor Pacca, profesor del IAG y uno de los pioneros en Brasil al respecto del estudio del campo magnético terrestre, relevó los datos de millones de años atrás, registrados en las rocas. Los datos más recientes, desde comienzos del siglo pasado hasta el presente, están siendo recolectados por observatorios terrestres y satélites.

Al menos para los primeros intentos, esa técnica no sirvió para datar pinturas rupestres, ni vasijas de barro, que perdieron su campo magnético original por haber sido expuestas muchas veces al fuego, ni las casas de los bandeirantes [expedicionarios] paulistas, construidas con barro amasado y prensado. Etchevarne cree que tal vez sirva para esclarecer los orígenes de vasijas de agua, que solamente fueron expuestos una vez a altas temperaturas. “Uno de los próximos desafíos consiste en hallar la manera de datar materiales con más de 500 años que no fueron tan bien cocidos”, dice Marisa. “Le he pedido a Gelvam que no desista. Tenemos piezas de cerámica de hasta 7 mil años para datar”. Hartmann ya comenzó a trabajar con muestras recolectadas en Missões y se propone examinar las iglesias de Minas Gerais lo más pronto posible para ampliar los análisis de la variación del campo magnético entre distintas regiones de Brasil.

En opinión de Trindade, esos análisis regionales revelan que el campo magnético en Brasil se encuentra lejos de presentar un comportamiento ideal, comparable al campo magnético de un imán de barra. En ambas regiones, el campo magnético es complejo y se encuentra afectado por componentes multipolares, o no bipolares, como los llaman los geofísicos. “En esos casos”, dice Hartmann, “la aguja de la brújula marca una gran deflexión con respecto al norte, que puede llegar a más de 20º”. En tanto en Francia, según él, predomina el campo bipolar, tal como si la Tierra fuese un imán casi perfecto, y las deflexiones en relación con el norte no exceden los 5º.

Un campo menos intenso
Según los geofísicos, la continua caída en los valores del campo magnético y el hecho de que las muestras de las regiones nordeste y sudeste exhiban grandes diferencias de intensidad estarían relacionados con la Anomalía Magnética del Atlántico Sur (Sama, su acrónimo en inglés). Regida por campos no bipolares, la Sama constituye una amplia región con las más bajas intensidades del campo magnético: alrededor de 28 microteslas (el valor promedio del campo magnético terrestre es de 40 microteslas y el máximo, de 60 microteslas). “Debido a su proximidad geográfica, la influencia de la anomalía resulta mayor en el sudeste que en el nordeste brasileño”, dice Hartmann. “La anomalía representa una zona en la que el blindaje del campo magnético contra los rayos cósmicos y las partículas solares es más frágil”.

Pacca compara al Sama con “una ventana” para las partículas de alta energía conocidas como rayos cósmicos, que pueden ingresar con mayor facilidad en la Tierra a través de las regiones menos intensas del campo magnético. Con Everton Frigo, también del IAG, consideran que los rayos, al mismo tiempo, podrían propiciar la formación de nubes, provocar más precipitaciones y descenso de temperatura, principalmente sobre las tierras cubiertas por tramos menos intensos del campo magnético.

“Hace mucho tiempo que se conoce que las manchas solares inciden en el clima, pero nunca supimos cómo”, dice Pacca. Cuanto más manchas solares, mayor es la actividad del Sol y mayor su campo magnético. En esos lapsos, el campo magnético del Sol actúa en conjunto con el campo magnético terrestre dificultando el ingreso de rayos cósmicos. En los períodos con menor intensidad en la actividad solar, hay menos manchas y el campo magnético del Sol es menor.

“Cuando los campos del Sol y de la Tierra presentan intensidades mínimas, los rayos cósmicos entran con mayor facilidad en la Tierra, colisionan con las partículas atmosféricas y generan una enorme cantidad de electrones y otras partículas”, dice Pacca. “Toda la energía creada por las colisiones produce una ionización, que puede propiciar la condensación de vapor de agua. Los rayos cósmicos pueden comportarse como los gatillos disparadores de las reacciones que conducen a la formación de nubes de lluvia”, teoriza.

Investigadores de Reino Unido y de Dinamarca también sostienen esta posibilidad, pero aún existe espacio para otras concepciones. “Por ahora”, dice el físico Paulo Artaxo, de la USP, basándose en estudios del Panel Intergubernamental de Cambios Climáticos (IPCC), del que forma parte, “no existen evidencias concluyentes, ni a favor, ni en contra, de que pueda haber algún efecto de los rayos cósmicos sobre los procesos de formación de nubes”.

¿Cómo se forma esa región con menor intensidad en el campo magnético y cómo puede reducir esa misma intensidad en el campo registrado en rocas o ladrillos? Nadie lo sabe. ¿Qué puede suceder además, en función de ese descenso en la intensidad del campo, aparte de las interferencias en las telecomunicaciones? Es otro misterio. “Einstein ya decía en 1905 que el origen y la evolución del campo magnético terrestre constituyen uno de los problemas más complejos de la física, ya que no siguen ningún patrón”, argumenta Hartmann.

El comportamiento del campo magnético terrestre es complejo a punto tal de haber sufrido incluso reversiones de los polos – el polo norte tornándose el sur –, la más reciente hace 780 mil años. Y existe la posibilidad de que cambie otra vez. “Apareció una anomalía en Siberia, que está creciendo y ya es más intensa que el polo norte magnético”, dice Pacca. “Por ahora, es como si la Tierra tuviese dos polos norte, pero el actual polo norte está perdiendo su turno y puede que surja otro, más intenso, en miles de años”.

Pacca montó uno de los primeros laboratorios de paleomagnetismo de Brasil en 1971, dentro del Instituto de Física de la USP. Dos años más tarde reinstaló los equipamientos en el IAG, hacia donde se trasladó, como profesor invitado, para crear un grupo de investigaciones geofísicas. Como no había otros materiales para estudiar, durante muchos años, allá sólo se estudiaban rocas.

Uno de los trabajos más ambiciosos consistió en el análisis de la intensidad y de la orientación del campo magnético de 10 mil muestras de rocas de Brasil y de África. De ello surgieron detalles sobre al respecto de la posición de los continentes en la Tierra hace mil millones de años, bastante diferente de la actual: lo que corresponde al actual territorio brasileño era una serie de grandes islas alejadas unas de otras y el macizo rocoso que conforma la actual Amazonia se hallaba separado de Goiás y del nordeste por mares y más cerca del sur del país de lo que se encuentra actualmente (lea en la edición de mayo de 2002 de Pesquisa FAPESP). Ahora, grupos de investigadores de 24 países – de América del Sur, solamente Argentina y Brasil – trabajan con geomagnetismo y paleomagnetismo.

Pacca encontró recientemente lo que considera que es el más antiguo estudio en portugués sobre el magnetismo en las rocas, el Roteiro do Goa a Diu [La ruta de Goa a Diu], publicado en 1538 (Goa y Diu eran dominios portugueses en el sudoeste de la actual India). El autor es don João de Castro, un noble portugués que terminó su vida, a los 48 años, como virrey de India. En sus itinerarios, mostraba cómo deberían orientarse los navegantes en alta mar, sirviéndose de las estrellas y de instrumentos simples tales como la brújula, para arribar a los destinos deseados. “Si no hubiera campo magnético, no existiría la brújula”, nos dice. “Y sin la brújula no hubieran existido grandes travesías, que enriquecieron a muchos comerciantes y permitieron la conquista de nuevas tierras como sucedió con Brasil”.

El Proyecto
Evolución del campo magnético terrestre en América del Sur para los últimos 500 años (2000/10754-4); Modalidad Beca de Posdoctorado; Coordinador Gelvam André Hartmann – IAG/USP; Inversión R$ 145.801,14

Artículo científico
Hartmann, G. A. et al. New historical archeointensity data from Brazil: Evidence for a large regional non-dipole field contribution over the past few centuries. Earth and Planetary Science Letters. v. 306, p. 66-76. 2011

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