El Campo Magnético Terrestre
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El campo magnético terrestre (CM) se comporta como un dipolo que se origina en el centro de la Tierra. Actualmente, las líneas de campo salen del polo positivo y van al negativo, lo que denominamos polaridad normal. Esta polaridad cambia cada 400.000 años.
Diferencia de Potencial Gravitatorio
Las líneas de campo, curvadas, describen circunferencias. Los polos norte y sur magnéticos (PNM y PSM) están desplazados de los geográficos. Dependiendo del lugar, las líneas salen o entran en la Tierra con una inclinación, que es de 90º en los polos.
Para determinar una línea de flujo magnético necesitamos:
- B (intensidad): 30.000 nT en el ecuador, 60.000 nT en los polos.
- I (inclinación): ángulo de las líneas de flujo con la horizontal (0º en el ecuador, 90º en los polos).
- D (declinación): ángulo entre el norte geográfico y el norte magnético.
El origen del campo magnético terrestre se encuentra en el hierro fundido en corrientes toroidales, donde circulan corrientes eléctricas que generan el campo magnético.
Magnetización
La magnetización es la resultante de todos los momentos magnéticos de los átomos en una unidad de volumen. La relación entre el campo magnético y la magnetización es la siguiente: si aplicamos un campo magnético a una roca, vamos a obtener una magnetización tal que H = KM, donde K es la susceptibilidad magnética.
Comportamiento de las Rocas ante el Campo Magnético
Rocas Diamagnéticas
Generan una magnetización resultante muy pequeña y de sentido contrario al campo. Solo presentan este comportamiento las que poseen las órbitas repletas de electrones (Au, Ag, Cu, Pb...).
Rocas Paramagnéticas
Se presentan en elementos con orbitales incompletos. Ni las diamagnéticas ni las paramagnéticas producen anomalías, ya que se magnetizan poco. Son susceptibles a los efectos de un campo debido a que los electrones están presos en sus átomos.
Rocas Ferromagnéticas
Poseen electrones libres en sus órbitas, intercambiándose constantemente entre ellas. Consiguen alta susceptibilidad magnética (Fe, Co, Ni...). Presentan una k alta, incluso >1.
Características ferromagnéticas:
- Ms (magnetización de saturación): todos los electrones que pueden orientarse ya lo han hecho, por lo que ya no puede magnetizarse más.
- Remanencia: los materiales pueden mantener su campo (estar magnetizados) aunque se retire el campo externo.
- Coercitividad: resistencia a cambiar su magnetización. Para cambiar la polaridad del campo de un imán, sería necesario aplicarle otro campo al menos igual o mayor al que le había dado la orientación anterior.
- Temperatura de Curie (Tc): temperatura a la cual pierden cualquier magnetización y los electrones tienen tanto movimiento que no estabilizan sus momentos, por lo que a esta temperatura no puede imanarse (magnetizarse).
- Temperatura de bloqueo (Tb): el material se enfría y pasa por esta temperatura, magnetizándose.
Materiales Ferromagnéticos
- Superparamagnetismo: grano muy fino (<0,03 μm). No son capaces de mantener una magnetización estable, por lo que, aunque sean magnetita, presentan un comportamiento paramagnético y no ferromagnético. No posee remanencia magnética ni coercitividad. Registra cualquier pequeño cambio en el campo magnético (M = kH).
- Partículas de dominio único: partículas pequeñas pero mayores de 0,03 hasta 1-15 μm. Son ferromagnéticas, con k alta, buena remanencia y coercitividad. Buenas para paleomagnetismo. Se encuentran principalmente en rocas volcánicas porque cristalizan rápidamente.
- Partículas multidominio: tamaño > 1-15 μm. Grandes, se magnetizan como varios dipolos y no como uno solo. Lo hacen en una serie de dominios paralelos de polaridades cambiadas. k alta, M alta sin remanencia. Se encuentran en rocas plutónicas.
Tipos de Magnetización
- Remanente: mantienen el campo magnético del pasado (termorremanente, deposicional o detrítica, química).
- Inducida: campo magnético actual.
Medida del Campo Magnético
Se realiza a través de magnetómetros.
Magnetómetros Mecánicos
Los más antiguos. Una aguja imantada que podía girar en todas las direcciones y se orientaba hacia el campo magnético. La intensidad se medía sujetando la varilla por una serie de muelles y viendo la fuerza que ejercía sobre estos. Ya no se usan: caros.
Magnetómetros Flux-Gate
Dos barras de aleación de alta k y remanencia prácticamente nula. Se mide la corriente que se genera al cambiar en las bobinas el campo magnético. Basado en la Ley de Ampère, la Ley de Biot y Savart (la corriente genera un campo magnético) y la Ley de Faraday (un campo magnético variable genera una corriente eléctrica).
Magnetómetros de Precesión de Protones
Un cilindro con dos bobinas y un líquido ("sopa de protones"). Se introduce un líquido con mucho hidrógeno (protio). Se conecta todo a una batería que suministra corriente, generando un campo magnético grande. Estadísticamente, los protones se orientan con su espín. El campo nuevo es perpendicular al terrestre. Si quitamos la corriente, los protones tienden a volver a su posición inicial, precediendo un poco. El eje de rotación de los protones genera una corriente alterna cuya frecuencia es proporcional al campo magnético en el que tiene lugar la precesión.
Magnetómetros de Álcali-Vapor (Cesio), Celula de Absorción, Opticamente Bombeados
Tenemos un gas con electrones que forman parte de elementos alcalinos. Interesante porque poseen una órbita externa con un solo electrón, y usamos el espín de ese electrón. Nos da medidas más exactas.
Recogida de Datos
Adquisición de Datos (Prácticas de Campo)
Correcciones
- Variación diurna: producida por el campo magnético externo.
- Variación secular: para compensar las variaciones del campo de origen interno.
En campañas largas, la altura influye en la medición:
- ΔBA = ΔB/Δr = -3B/r sobre la base (suma latitud).
- ΔB^ = 1/r · ΔB/Δθ = 3B/r · senθcosθ/(1+3cos²θ) hacia los polos (resta).
Anomalías Magnéticas
- Relativa: ΔBr = BL + ΔBvd + Δvs + ΔBA + ΔB^ - Bbase.
- Absoluta: ΔBAbs = ... + ΔB^ - BIGRF.
Anomalías Magnéticas de Formas Geométricas Sencillas
Reducción al polo: recalcula la anomalía como si estuviéramos en el polo (perpendicular).