Anomalía magnética

Variación local en el campo magnético de la Tierra.

Más información: bandas magnéticas

La anomalía magnética de Bangui en África central y la anomalía magnética de Kursk en Europa del Este (ambas en rojo)

En geofísica , una anomalía magnética es una variación local en el campo magnético de la Tierra resultante de variaciones en la química o el magnetismo de las rocas. El mapeo de la variación sobre un área es valioso para detectar estructuras oscurecidas por material superpuesto. La variación magnética ( inversiones geomagnéticas ) en bandas sucesivas de fondo oceánico paralelas a las dorsales oceánicas fue una evidencia importante de la expansión del fondo marino , un concepto fundamental para la teoría de la tectónica de placas .

Medida

Las anomalías magnéticas son generalmente una pequeña fracción del campo magnético. El campo total oscila entre 25.000 y 65.000  nanoteslas (nT). ^[1] Para medir anomalías, los magnetómetros necesitan una sensibilidad de 10 nT o menos. Hay tres tipos principales de magnetómetro que se utilizan para medir anomalías magnéticas: ^{[2] : 162-164 [3] : 77-79}

1. El magnetómetro fluxgate se desarrolló durante la Segunda Guerra Mundial para detectar submarinos. ^{[3] : 75 [4]} Mide el componente a lo largo de un eje particular del sensor, por lo que debe orientarse. En tierra, a menudo está orientado verticalmente, mientras que en aviones, barcos y satélites suele estar orientado de modo que el eje esté en la dirección del campo. Mide el campo magnético de forma continua, pero se desplaza con el tiempo. Una forma de corregir la deriva es tomar medidas repetidas en el mismo lugar durante el levantamiento. ^{[2] : 163–165 [3] : 75–77}
2. El magnetómetro de precesión de protones mide la fuerza del campo pero no su dirección, por lo que no es necesario orientarlo. Cada medición toma un segundo o más. Se utiliza en la mayoría de los levantamientos terrestres, excepto en los sondeos y los levantamientos con gradiómetros de alta resolución. ^{[2] : 163-165 [3] : 77-78}
3. Los magnetómetros de bombeo óptico , que utilizan gases alcalinos (más comúnmente rubidio y cesio ) tienen altas velocidades de muestreo y sensibilidades de 0,001 nT o menos, pero son más caros que los otros tipos de magnetómetros. Se utilizan en satélites y en la mayoría de los estudios aeromagnéticos . ^{[3] : 78–79}

Adquisición de datos

Basado en tierra

En los levantamientos terrestres, las mediciones se realizan en una serie de estaciones, normalmente con una separación de 15 a 60 m. Por lo general, se usa un magnetómetro de precesión de protones y, a menudo, se monta en un poste. La elevación del magnetómetro reduce la influencia de pequeños objetos ferrosos que fueron desechados por humanos. Para reducir aún más las señales no deseadas, los topógrafos no llevan objetos metálicos como llaves, cuchillos o brújulas, y se evitan objetos como vehículos de motor, vías férreas y cercas de alambre de púas. Si se pasa por alto algún contaminante de este tipo, puede aparecer como un pico agudo en la anomalía, por lo que tales características se tratan con sospecha. La principal aplicación de los levantamientos terrestres es la búsqueda detallada de minerales. ^{[2] : 163 [3] : 83–84}

Aeromagnético

Artículo principal: estudio aeromagnético

Los levantamientos magnéticos aéreos se utilizan a menudo en levantamientos petroleros para proporcionar información preliminar para levantamientos sísmicos. En algunos países, como Canadá, las agencias gubernamentales han realizado estudios sistemáticos de grandes áreas. El levantamiento generalmente implica realizar una serie de recorridos paralelos a una altura constante y con intervalos de entre cien metros y varios kilómetros. Estos están cruzados por líneas de unión ocasionales, perpendiculares al levantamiento principal, para verificar si hay errores. El avión es una fuente de magnetismo, por lo que los sensores se montan en un brazo (como en la figura) o se remolcan con un cable. Los levantamientos aeromagnéticos tienen una resolución espacial más baja que los levantamientos terrestres, pero esto puede ser una ventaja para un levantamiento regional de rocas más profundas. ^{[2] : 166 [3] : 81–83}

Shipborne

En los estudios realizados en barcos, se remolca un magnetómetro unos cientos de metros detrás de un barco en un dispositivo llamado pez . El sensor se mantiene a una profundidad constante de unos 15 m. Por lo demás, el procedimiento es similar al utilizado en los estudios aeromagnéticos. ^{[2] : 167 [3] : 83}

Nave espacial

Sputnik 3 en 1958 fue la primera nave espacial en llevar un magnetómetro. ^{[5] : 155 [6]} En el otoño de 1979, Magsat fue lanzado y operado conjuntamente por la NASA y el USGS hasta la primavera de 1980. Tenía un magnetómetro escalar de vapor de cesio y un magnetómetro de vector fluxgate. ^[7] CHAMP , un satélite alemán, realizó mediciones precisas de gravedad y magnetismo de 2001 a 2010. ^{[8] [9]} Un satélite danés, Ørsted , fue lanzado en 1999 y todavía está en funcionamiento, mientras que la misión Swarm del Espacio Europeo Agenciaimplica una "constelación" de tres satélites que se lanzaron en noviembre de 2013. ^{[10] [11] [12]}

Reducción de datos

Hay dos correcciones principales que se necesitan para las mediciones magnéticas. El primero es eliminar las variaciones a corto plazo en el campo de fuentes externas; por ejemplo, variaciones diurnas que tienen un período de 24 horas y magnitudes de hasta 30 nT, probablemente por la acción del viento solar sobre la ionosfera . ^{[3] : 72} Además, las tormentas magnéticas pueden tener magnitudes máximas de 1000 nT y pueden durar varios días. Su contribución se puede medir volviendo a una estación base repetidamente o teniendo otro magnetómetro que mida periódicamente el campo en una ubicación fija. ^{[2] : 167}

En segundo lugar, dado que la anomalía es la contribución local al campo magnético, se debe restar el campo geomagnético principal. El campo de referencia geomagnético internacional se utiliza generalmente para este propósito. Este es un modelo matemático a gran escala, promediado en el tiempo del campo de la Tierra basado en mediciones de satélites, observatorios magnéticos y otros estudios. ^{[2] : 167}

Algunas correcciones necesarias para las anomalías gravitacionales son menos importantes para las anomalías magnéticas. Por ejemplo, el gradiente vertical del campo magnético es 0.03 nT / mo menos, por lo que generalmente no se necesita una corrección de elevación. ^{[2] : 167}

Interpretación

Antecedentes teóricos

Susceptibilidades magnéticas de rocas y minerales comunes ^{[3] : 74}

Tipo	Susceptibilidad ( SI)${\displaystyle \times 10^{-3}}$
Sedimentario
Calizas	0-3
Areniscas	0-20
Lutitas	0.01-15
Ígneo
Basalto	0,2-175
Gabro	1-90
Granito	0-50
Riolita	0,2-35
Metamórfico
Gneis	0,1-25
Serpentina	3-17
Pizarra	0-35
Minerales
Grafito	0,1
Cuarzo	-0,01
Carbón	0,02
Arcillas	0,2
Pirrotita	1-6000
Magnetita	1200-19200

La magnetización en la roca estudiada es la suma vectorial de magnetización inducida y remanente :

${\displaystyle \mathbf {M} =\mathbf {M} _{\text{i}}+\mathbf {M} _{\text{r}}.}$

La magnetización inducida de muchos minerales es el producto del campo magnético ambiental y su susceptibilidad magnética χ :

${\displaystyle \mathbf {M} _{\text{i}}=\chi \mathbf {H} .}$

Algunas susceptibilidades se dan en la tabla.

Los minerales diamagnéticos o paramagnéticos solo tienen una magnetización inducida. Los minerales ferromagnéticos como la magnetita también pueden tener una magnetización o remanencia remanente. Esta remanencia puede durar millones de años, por lo que puede estar en una dirección completamente diferente del campo actual de la Tierra. Si hay una remanencia, es difícil separarla de la magnetización inducida a menos que se midan muestras de la roca. La razón de las magnitudes, Q = M _r / M _i , se llama razón de Koenigsberger . ^{[2] : 172-173 [13]}

Modelado de anomalías magnéticas

La interpretación de las anomalías magnéticas generalmente se realiza comparando los valores observados y modelados del campo magnético anómalo. Un algoritmo desarrollado por Talwani y Heirtzler (1964) (y más elaborado por Kravchinsky, 2019) trata las magnetizaciones inducidas y remanentes como vectores y permite la estimación teórica de la magnetización remanente a partir de las rutas de desvío polar aparente existentes para diferentes unidades tectónicas o continentes. ^{[14] [15]}

Aplicaciones

Rayas del suelo oceánico

Anomalías magnéticas alrededor de los puentes Juan de Fuca y Gorda, frente a la costa oeste de América del Norte, codificadas por colores por edad.

Los estudios magnéticos sobre los océanos han revelado un patrón característico de anomalías alrededor de las dorsales oceánicas. Implican una serie de anomalías positivas y negativas en la intensidad del campo magnético, formando franjas paralelas a cada cresta. A menudo son simétricos con respecto al eje de la cresta. Las franjas tienen generalmente decenas de kilómetros de ancho y las anomalías tienen unos cientos de nanoteslas. La fuente de estas anomalías es principalmente la magnetización permanente transportada por minerales de titanomagnetita en basalto y gabros . Se magnetizan cuando se forma la corteza oceánica en la cresta. A medida que el magma sube a la superficie y se enfría, la roca adquiere una magnetización termorremanente.en dirección al campo. Luego, la roca se aleja de la cresta por los movimientos de las placas tectónicas . Cada pocos cientos de miles de años, la dirección del campo magnético se invierte . Por lo tanto, el patrón de rayas es un fenómeno global y se puede utilizar para calcular la velocidad de expansión del fondo marino . ^{[16] [17]}

En ficción

En la serie Space Odyssey de Arthur C. Clarke , los extraterrestres dejan una serie de monolitos para que los humanos los encuentren. Uno cerca del cráter Tycho se encuentra por su campo magnético anormalmente poderoso y se llama Tycho Magnetic Anomaly 1 (TMA-1). ^[18] Un Júpiter en órbita se llama TMA-2, y uno en la Garganta de Olduvai se encuentra en 2513 y se llama retroactivamente TMA-0 porque fue encontrado por primera vez por humanos primitivos.

Ver también

• Anomalía magnética de Bangui
• Inversión geomagnética
• Anomalía magnética de Kursk
• Detector de anomalías magnéticas
• Anomalía del Atlántico Sur
• Anomalía magnética de Temagami
• Mapa mundial de anomalías magnéticas digitales (WDMAM)

Referencias

1. "Preguntas frecuentes sobre geomagnetismo" . Centro Nacional de Datos Geofísicos . Consultado el 21 de octubre de 2013 .
2. Mussett, Alan E .; Khan, M. Aftab (2000). "11. Topografía magnética". Mirando dentro de la tierra: una introducción a la geofísica geológica (1. publ., Repr. Ed.). Cambridge: Universidad de Cambridge. Presionar. págs. 162–180. ISBN 0-521-78085-3.
3. Telford, WM; LP Geldart; RE Sheriff (2001). "3. Métodos magnéticos". Geofísica aplicada (2ª, repr. Ed.). Cambridge: Universidad de Cambridge. Presionar. págs. 62-135. ISBN 0521339383.
4. Murray, Raymond C. (2004). Evidencia de la tierra: geología forense e investigación criminal . Missoula (Mont.): Mountain Press publ. empresa. págs. 162-163. ISBN 978-0-87842-498-6.
5. Dicati, Renato (2017). Sellando la Tierra desde el Espacio . Saltador. ISBN 9783319207568.
6. Purucker, Michael E .; Whaler, Kathryn A. "6. Magnetismo de la corteza". En Kono, M. (ed.). Geomagnetismo (PDF) . Tratado de Geofísica. 5 . Elsevier. pag. 195-236. ISBN  978-0-444-52748-6.
7. Langel, Robert; Ousley, Gilbert; Berbert, John; Murphy, James; Settle, Mark (abril de 1982). "La misión MAGSAT". Cartas de investigación geofísica . 9 (4): 243–245. Código Bibliográfico : 1982GeoRL ... 9..243L . doi : 10.1029 / GL009i004p00243 .
8. "La misión CHAMP" . Centro Alemán de Investigación de Geociencias GFZ . Consultado el 20 de marzo de 2014 .
9. Reigber, Christoph, ed. (2005). Observación de la Tierra con CHAMP: resultados de tres años en órbita (1ª ed.). Berlín: Springer. ISBN 9783540228042.
10. Staunting, Peter (1 de enero de 2008). "El proyecto de satélite Ørsted" (PDF) . Instituto Meteorológico Danés . Consultado el 20 de marzo de 2014 . ^{[ enlace muerto permanente ]}
11. "Enjambre (constelación geomagnética de LEO)" . eoPortal Directory . Agencia Espacial Europea . Consultado el 20 de marzo de 2014 .
12. Olsen, Nils; Stavros Kotsiaros (2011). "Misiones y datos de satélites magnéticos". Serie de libros especiales Sopron de la IAGA . 5 : 27–44. doi : 10.1007 / 978-90-481-9858-0_2 . ISBN 978-90-481-9857-3.
13. Clark, DA (1997). "Petrofísica magnética y petrología magnética: ayudas a la interpretación geológica de los levantamientos magnéticos" (PDF) . Revista AGSO de Geología y Geofísica de Australia . 17 (2): 83–103. Archivado desde el original (PDF) el 20 de marzo de 2014 . Consultado el 20 de marzo de 2014 .
14. Talwani, M .; JR Heirtzler (1964). Cálculo de anomalías magnéticas causadas por estructuras bidimensionales de forma arbitraria .
15. Kravchinsky, VA; D. Hnatyshin; B. Lysak; W. Alemie (2019). "Cálculo de anomalías magnéticas causadas por estructuras bidimensionales de forma arbitraria: derivación e implementación de Matlab". Cartas de investigación geofísica . 46 (13): 7345–7351. Código bibliográfico : 2019GeoRL..46.7345K . doi : 10.1029 / 2019GL082767 .
16. Merrill, Ronald T .; McElhinny, Michael W .; McFadden, Phillip L. (1996). El campo magnético de la tierra: paleomagnetismo, el núcleo y el manto profundo . San Diego: Acad. Presionar. págs. 172-185. ISBN 0124912451.
17. Turcotte, Donald L. (2014). Geodinámica . Prensa de la Universidad de Cambridge. págs. 34–39. ISBN 9781107006539.
18. Nelson, Thomas Allen (2000). Kubrick: dentro del laberinto de un artista de cine (edición nueva y ampliada). Bloomington: Prensa de la Universidad de Indiana. pag. 107. ISBN 9780253213907.

Lectura adicional

• Constable, Catherine G .; Constable, Steven C. (2004). "Mediciones de campo magnético por satélite: aplicaciones en el estudio de la Tierra profunda". En Sparks, Robert Stephen John; Hawkesworth, Christopher John (eds.). El estado de las fronteras del planeta y los desafíos en geofísica . Washington, DC: Unión Geofísica Estadounidense. págs. 147-159. ISBN 9781118666012.
• Hinze, William J .; Frese, Ralph RB von; Saad, Afif H. (2013). Exploración gravitacional y magnética: principios, prácticas y aplicaciones . Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 9780521871013.
• Hinze, RA Langel, WJ (2011). El campo magnético de la litosfera terrestre: la perspectiva del satélite (1ª ed. De pap.). Cambridge, Reino Unido: Cambridge University Press. ISBN 978-0521189644.
• Kearey, Philip; Brooks, Michael; Hill, Ian (16 de abril de 2013). "7. Topografía magnética". Introducción a la exploración geofísica . John Wiley e hijos. ISBN 9781118698938.
• Maus, S .; Barckhausen, U .; Berkenbosch, H .; Bournas, N .; Brozena, J .; Childers, V .; Dostaler, F .; Fairhead, JD; Finn, C .; et al. (Agosto de 2009). "EMAG2: una cuadrícula de anomalías magnéticas terrestres de resolución mínima de 2 arcos compilada a partir de mediciones magnéticas satelitales, aéreas y marinas" . Geoquímica, Geofísica, Geosistemas . 10 (8): n / a. Código bibliográfico : 2009GGG .... 10.8005M . doi : 10.1029 / 2009GC002471 .

Enlaces externos

• Campo magnético de la litosfera (CIRES)
• Mapas y datos de anomalías magnéticas para América del Norte (USGS)
• Mapa mundial de anomalías magnéticas digitales: información
• Mapa de anomalías magnéticas del mundo
• Los asteroides pueden haber entregado material magnético a la Luna