Laboratorio #3 Geofísica General - Geomagnetismo

Oto˜ no no 2016 Departa Depa rtamento mento de Geof´ısica ısi ca Facultad de Ciencias F´ısicas y Matemáticas aticas

GF3001-1 GF3001 -1 Geof´ Geof´ısica General Profesor: Jaime Campos Alumno: Samuel Giordano

Laboratorio #3: Geomagnetismo 1.

Intr Introd odu ucci´ ci´ on on

Si se hace una revisión on de la historia de la ciencia conocida, se puede notar que hasta el siglo XVI la humanidad nunca se planteó que la tierra se comporta como un gigantesco imán, an, es decir, que genera su propio campo magnético. etico. Desde aquel entonces, cient´ cient´ıficos de todo el mundo han hecho contribuciones notables que han permitido comprender mejor este fenómeno omeno natural. Gracias al a l campo magnético etico terrestre es que la atmósfera osfera de la tierra no ha sido aniquilada por los rayos cósmicos osmicos que vienen desde todas direcciones del espacio exterior, en otras palabras, el campo camp o magnético etico terrestre es fundamental para la existencia de la vida en la tierra tal como hoy es conocida. En la siguiente experiencia se trabajó en la adquisición on de datos geomagn´ geomag néticos, eticos, más as precisamente, samente, medidas medidas del campo magn´ magnético etico terrestr terrestre. e. Las mediciones mediciones se hicieron hicieron a lo largo de dos filas en 27 puntos diferentes con el fin de ver cómo var´ var´ıa el campo camp o magnético etico en una zona determinad determinadaa del espacio. espacio. En particular, particular, se quiere quiere determinar determinar si existen existen anomal´ anomal´ıas de campo magnético etico en la zona de medici´ on on como la corrección on por variación on diurna de campo magnético etico o alguna otra fuente de campo magnético etico que altere los datos tomados.

2.

Marco Te´ orico orico

a. Fen´ omenos omen os Magn´ Mag néticos etic os Hoy en e n d´ıa ıa la explicac expl icaci´ ión on más as aceptada acep tada acerca ac erca del origen del d el campo camp o magnético etico terrestre ter restre es que el movimiento de hierro l´ıquido ıquido cargado en el núcleo ucleo de la tierra produce dicho campo. Un modelo que permite describir con un buen grado de aproximación on la forma Di polo Magn´ Mag n´ etico eti co Terrestre . Seg´ del campo camp o magn´ m agnético etico terrestre es el Dipolo un un este modelo, el campo magnético etico terrestre puede aproximarse al campo magnético etico producido por un dipolo di polo magn´ mag n´ etico et ico, es decir, el campo producido por una espira muy pequeña y por la cual circula una corriente muy intensa, en el l´ımite ımite de distancias muy grandes (donde se quiere calcular el campo). Otro hecho importante que debe considerarse es el fenómeno de la magnetizaci´ on . Como el dipolo magnético etico representa corrientes muy intensas circulando por espiras muy peque˜ nas, nas, se podr´ podr´ıa considerar por p or ejemplo que átomos atomos en movimiento alrededor del n´ ucleo constituyen corrientes sobre espiras muy pequeñas ucleo nas (del orden del radio de Bohr). Como todo está hecho de átomos, atomos, todos los materiales existentes constan de una infinidad de dipolos magnéticos, eticos, cuya orientación on aleatoria hace que el campo neto que producen sea nulo. Sin embargo, si un material es puesto en presencia de un campo magnético etico externo, los dipolos magnéticos eticos dentro del material se alinearán an en la dirección on del campo camp o generando g enerando as´ as´ı un u n campo ca mpo magnético etico neto. A este es te fen´ fen ómeno omeno se le llama magnetización. on. Una consecuencia importante de lo anterior es que en la vecindad de un cuerpo en presencia de un campo magnético etico externo (o ambiente) H ambiente) H amb a amb existir´

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adem´ as otro campo magnético producto de la magnetizaci´ o n de modo que el campo magnético total medido en una vecindad del cuerpo será:  = H  amb + H  ind H

(1)

 ind es el campo magnético producido por la magnetizaci´ Donde H on del cuerpo. De esta manera, para efectos de esta experiencia, se considerará el campo magnético terrestre  el campo inducido en los diferentes cuerpos cercanos a donde se realizó la como H y medici´ on permitirá definir una anomal´ıa de campo magnético ∆H de modo que:  − H  amb | ∆H = | H

(2)

 es el valor obtenido a través de las mediciones, y H  amb es el valor teórico del donde H campo magnético en dicho punto. b. Corrección por Variación diurna del Campo Magnético Un aspecto importante a considerar a la hora de trabajar con datos magnéticos son las correcciones por variación diurna del campo magnético terrestre. Esta corrección se debe principalmente durante el d´ıa la radiación solar ioniza las mol´ eculas de la ionósfera, lo cual produce corrientes eléctricas en el interior de esta y que constituyen una fuente a considerar de campo magnético. La variación diurna tiene una magnitud del orden de 10 a 100nT. La variación diurna se corrige repitiendo la medición de la variación de la intensidad vertical en una estación de base en intervalos de tiempo regulares desde el principio hasta el fin de la campaña de medición. Los valores medidos en la estación de base se presentan en función del tiempo, que permite calcular el valor de corrección correspondiente a cada medición en una estación de observación. Los valores reducidos se presentan en perfiles y/o mapas. Para poder haber hecho una corrección de este tipo se debi´ o haber medido la intensidad del campo con respecto al tiempo y haber observado en que intervalos de tiempo el campo magnético sufr´ıa cambios considerables. Teóricamente, a las 15:00 horas se observar´ıa el máximo de campo magnético medido en alg´ un punto del espacio ya que a esa hora la radiación solar es mayor.

3.

Metodolog´ıa

La experiencia se realizó el d´ıa viernes 5 de agosto desde las 12:00 hasta las 13:30 horas en la pista del Parque O’Higgins. Para realizar las medidas del campo magnético se utilizó un magnetómetro electrónico (se desconoce el modelo) el cual fue llevado por dos integrantes del grupo en cada medición y que ten´ıa un cable rojo que siempre deb´ıa apuntar al norte terrestre. A continuación se tomaron medidas a través dos l´ıneas separadas por 4 metros y cada una formada por 27 puntos coloniales con una separación de 20 metros entre s´ı. El objetivo de tomar mediciones en distintos puntos de la pista fue para analizar la variación espacial del campo magnético en la pista y poder as´ı detectar anomal´ıas de campo magnético.


4.


Resultados Los datos tomados en la experiencia se muestran en la siguiente tabla: Distancia (m) Campo Magnético (nT) Distancia (m) Campo Magnético (nT) 0 23884,8 0 23849,2 20 23880,4 20 23841,3 40 23869,1 40 23839,1 60 23853,3 60 23841,9 80 23843,8 80 23845,3 100 23826,4 100 23830,8 120 23836,8 120 23838,3 140 23823,4 140 23816,6 160 23820,3 160 23788,3 180 23825,2 180 23802,8 200 23779,2 200 23769,5 220 23765,4 220 23775,4 240 23742 240 23738,7 260 23714 260 23718,3 280 23669,2 280 23705 300 23661,5 300 23694,7 320 23672,5 320 23693 340 23700,8 340 23608,9 360 23710 360 23741,1 380 23739,1 380 23749,5 400 23730,9 400 23710 420 23817,6 420 23769 440 23563,3 440 23732,1 460 23741,1 460 23736,8 480 23751,4 480 23745,4 500 23749,1 500 23742,1 520 23767,5 520 23737,1 540 23756,2 540 23762,2

A continuación se mostrarán los gráficos correspondientes a las dos l´ıneas de medici´ on, en los cuales se grafica Intensidad del campo Magnético como funci´ on de la distancia sobre la l´ınea de medición, donde la distancia es creciente de norte a sur y el cero se encuentra al comienzo de la pista del parque.



Figura 1: Gráfico de intensidad de campo magnético vs distancia a lo largo de la primera l´ınea de medición.



Figura 2: Gráfico de intensidad de campo magnético vs distancia a lo largo de la segunda l´ınea de medición.

5.

An´ alisis y Comentarios

Como se puede apreciar en los datos graficados en la sección anterior, la intensidad del campo magnético tiende a decaer a medida que aumenta la distancia a lo largo de la l´ınea Norte-Sur, alcanzando un m´ınimo aproximadamente a la mitad de la l´ınea y posteriormente la intensidad vuelve a aumentar gradualmente. En ambos casos se puede observar la misma tendencia en los datos. Como bien es sabido, el campo magnético terrestre en la zona donde se hizo la medición debió ser (teóricamente hablando) aproximadamente constante ya que la latitud no cambia prácticamente nada en 540 metros (longitud de la l´ınea de medición). Sin embargo la tendencia del campo es parab´ olica, como se mencionó anteriormente. Esto puede suceder debido a la presencia de otro campo magnético y se sospecha que puede deberse a la presencia del Movistar Arena que se encuentra en las proximidades de la pista del parque O’Higgins (ver figura 3). Además como la presencia de dicha construcción ha hecho que el campo magnético disminuyera en las proximidades de la estructura, el material con el cual está construido el Movistar Arena ha de ser diamagnético, de forma que el campo magnético que se produce se opone al campo magnético terrestre.

6.

Conclusi´ on

Los objetivos se cumplieron en un 50 % ya que si bien se pudo inferir cualitativamente que exist´ıa una anomal´ıa de gravedad, no se pudo comprobar este hecho a través de un



Figura 3: Lugar en el que se hizo la medición.



análisis cuantitativo de los datos. Además, tampoco se tomaron datos suficiente para hacer correcciones adicionales tales como la correcci´ on diurna , por lo cual este es un detalle que se ha de tener en cuenta para las experiencias futuras. Finalmente, el contenido del marco teórico solamente se pudo utilizar para hacer una descripción cualitativa de los datos y por lo tanto no se puedo encontrar un contraste entre datos experimentales y marco teórico.

Bibliograf´ıa http : //www.armada.mde.es/ArmadaP ortal/page/P ortal/ArmadaEspannola/cienciao bservatorio/ −02s erviciog eomagnetismo − −02o bservatorios g eomagneticose s http : //www.geovirtual2.cl/geologiageneral/ggcap01e.htm

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