Geophysics 221

Magnetización Remanente de materiales geológicos

         
      La magnetización remanente de materiales geológicos es función de su historia geológica y de su composición. Por ello, la magnetización remanente es una propiedad que resulta de una compleja interacción de múltiples procesos.
         
      Al nivel mas básico la magnetización remanente depende de la composición química, la estructura cristalina de un mineral, el tamaño de grano y procesos naturales que puedan alterar el estado energético del material.
         
  1. Rocas ígneas y metamórficas
Magnetización termo-remanente (TRM)
La temperatura tiene el efecto de desordenar el alineamiento de momentos magnético-atómicos. Cuando los materiales se enfrían por debajo de la temperatura de Curie  adquieren una magnetización permanente.   Magnetita (Fe30 4)- 578 °C,
Maghemita ( g-Fe203) - 675 °C (pero es metastable y se invierte a hematita o magnetita> 350)
Hematita ( a-Fe203) - 675 °C (temperatura de Neel, pues es antiferromagnético)
Titanomagnetita, Titanohematita - aumento en el contenido de Ti disminuye la temperatura de Curie.
Pyrrhotita (Fe7 S8)- 320 °C
Goethite (FeOOH)- 120 °C

 
Las rocas ígneas solidifican de un magma a temperaturas de ~1000°C, por lo que los minerales magnéticos están fijos en la matriz. La fase que cristaliza primero es una (titano)magnetita con un alto contenido de Ti, durante el enfriamiento oxidación deutérica y exsolución provocan cambios en la mineralogía.

                                                          magnetita
                    Imagen de magnetita en el microscopio electrónico, note las lamelllas de Ilmenita-
Aun por debajo de la temperatura de Curie, la energía térmica es alta en comparación a las barreras energéticas que preveen cambios en la magnetización.
Al bajar la temperatura aun mas, la energía de anisotropía (ya sea por la forma del grano o la anisotropía cristalina) llega a ser dominante.
La magnetización se fija cuando la temperatura está por debajo de la 'Temperatura de bloqueo'. Arriba de la temperatura de bloqueo la energía térmica sobrepasa las barreras al cambio en la magnetización; por debajo de la temperatura de bloqueo, las barreras energéticas son tales que solo un campo magnético lo suficientemente alto pude provocan un cambio en la magnetización.
 
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Ver: http://www.tulane.edu/~sanelson/geol111/pltect.htm para mas información sobre la magnetización remanente.
  TRM graba información sobre la dirección y polaraidad del campo magnético ambiental en el momento que se enfría por debajo de una temperatura de bloqueo.



La figura muestra la correspondencia entre la magnetización grabada por diferentess flujos de lava  y la escala magnética de polarida, la figura se puede encontrar en:  http://geomag.gly.fsu.edu/~parker/1000/seis/1000seis.htm , y está tomada de Understanding Earth, Press and Seiver, W.H. Freeman and Co.


  1. Rocas sedimentarias
Magnetización remanente deposicional
Partículas magnéticas estan presentes en la columna de agua - el campo magnético aplica una torque a estas partículas de tal manera que se alinean con la dirección del campo mientras se depositan.

La figura muestra la correspondencia entre el alineamiento de partículas y el campo magnético presenta durante depositación. Note que las partículas estan desordenadas en la superficie donde la turbulencia es mayor que la torque producida por el campo.
http://geomag.gly.fsu.edu/~parker/1000/seis/1000seis.htm , en Understanding Earth, Press and Seiver, W.H. Freeman and Co.

  ¿Influecia de bacterias? Las partículas que se orientan pueden ser de origen detrítico o biológico. Bacteria magnetotáctica secreta cristales de magnetita pura de dominio sencillo.

Imagen de TEM de una especie de bacteria púrpura fotosintética (Rhodopseudomonas rutilis) de  Mikhail Vainshtain de la Russian Academy of Sciences. Escala = .5 micrometer. Vean http://www.panspermia.org/magneto.htm para mas información sobre este tipo de bacteria. Las areas obscura de la imagen son magnetosomas - partículas de magnetita pura alineadas formando una cadena.
  •  Otras fromas de magnetización remanente natural
  • Magnetización Remanente Química
    Partículas magnéticas que cristalizan en presencia de un campo magnético adquieren una magnetización paralela al campo cuando alcanzan un tamaño crítico. Por ejemplo hematita en lechos rojos continentales.

    La imagen es una sección delgada (luz polarizada) de una arenisca. Hay dos formas principales de hematita, el cemento (pigmento) microsristalino de color óxico que ocurre en los bordes de granos de cuazo y hematita opaca (especularita) de origen detrítico. El campo visual es aproximadamente 2 milímetros.

    Magnetización Remanente viscosa  - La magnetización es función del tiempo. Aun a temperatura ambiental, los momentos magnéticos de algunas partículas se re-orientan con el transcurso del tiempo.
     

      Magnetización Remnante versus Inducida  - ambas estan presentes. El cociente entre las dos - Konigsberger Ratio (Qn) Qn >> 1 - magnetización remnante  domina (e.g. basaltos oceánicos ).

    Qn < 1 - magnetización inducida domina, la susceptibilidad intrínsica  k es importante (e.g., BIFs, exploración de yacimientos minerales metálicos).