Magnetización termorremanente

Cuando una roca ígnea se enfría, adquiere una magnetización termorremanente ( TRM ) del campo de la Tierra. La TRM puede ser mucho mayor de lo que sería si se expusiera al mismo campo a temperatura ambiente (ver remanencia isotérmica ). Esta remanencia también puede ser muy estable, y durar sin cambios significativos durante millones de años. La TRM es la razón principal por la que los paleomagnetistas pueden deducir la dirección y la magnitud del antiguo campo de la Tierra. ^[1]

Historia

Ya en el siglo XI, los chinos sabían que era posible magnetizar un trozo de hierro calentándolo hasta que estuviera al rojo vivo y luego enfriándolo en agua. Durante el enfriamiento, se orientaba en el campo magnético terrestre para conseguir la polaridad deseada. En 1600, William Gilbert publicó De Magnete (1600), un informe sobre una serie de experimentos meticulosos en magnetismo. En él, describía el enfriamiento de una varilla de acero en la dirección del campo magnético terrestre, y es posible que estuviera al tanto de los trabajos chinos. ^[2]

A principios del siglo XX, algunos investigadores descubrieron que las rocas ígneas tenían una remanencia mucho más intensa que la remanencia adquirida en el campo magnético terrestre sin calentamiento; que calentar las rocas en el campo magnético terrestre podía magnetizarlas en la dirección del campo; y que el campo magnético terrestre había invertido su dirección en el pasado. ^[3]

En paleomagnetismo

Desmagnetización

Se sabe desde hace mucho tiempo que un TRM se puede eliminar si se calienta por encima de la temperatura de Curie de los minerales que lo contienen. Un TRM también se puede desmagnetizar parcialmente calentándolo a una temperatura inferior y enfriándolo de nuevo a temperatura ambiente. Un procedimiento común en paleomagnetismo es la desmagnetización por etapas , en la que la muestra se calienta a una serie de temperaturas , se enfría a temperatura ambiente y se mide la remanencia restante entre cada paso de calentamiento. La serie de remanencias se puede representar gráficamente de diversas formas, según la aplicación. ${\displaystyle \scriptstyle T_{\text{C}}}$ ${\displaystyle \scriptstyle T_{1}}$ ${\displaystyle \scriptstyle T_{1},T_{2},\ldots }$

TRM parcial

Si una roca se vuelve a calentar posteriormente (como resultado de un enterramiento, por ejemplo), parte o la totalidad de la TRM puede ser reemplazada por una nueva remanencia. Si es solo una parte de la remanencia, se conoce como magnetización termorremanente parcial (pTRM) . Debido a que se han realizado numerosos experimentos que modelan diferentes formas de adquirir remanencia, pTRM puede tener otros significados. Por ejemplo, también se puede adquirir en el laboratorio enfriando en campo cero a una temperatura (por debajo de la temperatura de Curie ), aplicando un campo magnético y enfriando a una temperatura , y luego enfriando el resto del camino a temperatura ambiente en campo cero. ${\displaystyle \scriptstyle T_{1}}$ ${\displaystyle \scriptstyle T_{2}}$

Comportamiento ideal de TRM

Las leyes de Thellier

El TRM ideal es aquel que puede registrar el campo magnético de tal manera que tanto su dirección como su intensidad puedan medirse mediante algún proceso en el laboratorio. Thellier demostró que esto podría hacerse si los pTRM cumplieran cuatro leyes. Supongamos que A y B son dos intervalos de temperatura que no se superponen. Supongamos que es un pTRM que se adquiere enfriando la muestra a temperatura ambiente, encendiendo el campo solo mientras la temperatura está en el intervalo A; tiene una definición similar. Las leyes de Thellier son ${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{A}}}$ ${\displaystyle \scriptstyle H}$ ${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{B}}}$

• Linealidad : y son proporcionales a cuando no es mucho mayor que el campo actual de la Tierra. ${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{A}}(H)}$ ${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{B}}(H)}$ ${\displaystyle \scriptstyle H}$ ${\displaystyle \scriptstyle H}$
• Reciprocidad : se puede eliminar mediante calentamiento a través del intervalo de temperatura y mediante . ${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{A}}}$ ${\displaystyle \scriptstyle A}$ ${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{B}}}$ ${\displaystyle \scriptstyle B}$
• Independencia : y son independientes. ${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{A}}}$ ${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{B}}}$
• Aditividad : Si se adquiere activando el campo en ambos intervalos de temperatura, . ${\displaystyle \scriptstyle M_{{\text{A}}\cup {\text{B}}}}$ ${\displaystyle \scriptstyle M_{{\text{A}}\cup {\text{B}}}=M_{\text{A}}+M_{\text{B}}}$

Si estas leyes se cumplen para cualquier intervalo de temperatura no superpuesto y , la muestra satisface las leyes de Thellier. ^[4] ${\displaystyle \scriptstyle A}$ ${\displaystyle \scriptstyle B}$

Un modelo simple para las leyes de Thellier

Supongamos que una muestra tiene muchos minerales magnéticos, cada uno de los cuales tiene la siguiente propiedad: es superparamagnético hasta que la temperatura alcanza una temperatura de bloqueo que es independiente del campo magnético para campos pequeños. No se producen cambios irreversibles a temperaturas inferiores a . Si el TRM resultante se calienta en un campo cero, se vuelve superparamagnético nuevamente a una temperatura de desbloqueo que es igual a . Entonces es fácil verificar que se cumplen la reciprocidad, la independencia y la aditividad. Solo queda que se satisfaga la linealidad para que se obedezcan todas las leyes de Thellier. ${\displaystyle \scriptstyle T_{\text{B}}}$ ${\displaystyle \scriptstyle T_{\text{B}}}$ ${\displaystyle \scriptstyle T_{\text{UB}}}$ ${\displaystyle \scriptstyle T_{\text{B}}}$

El modelo de Néel para TRM de dominio único

Louis Néel desarrolló un modelo físico que mostraba cómo los minerales magnéticos reales podían tener las propiedades antes mencionadas. Se aplica a partículas de dominio único , que tienen una magnetización uniforme y que solo pueden rotar como una unidad. ^[5]

Véase también

• Magnetismo de las rocas

Referencias

1. Stacey, Frank D.; Banerjee, Subir K. (1974). Los principios físicos del magnetismo de las rocas. Elsevier . p. 105. ISBN 0-444-41084-8.
2. Temple, Robert (2006). El genio de China . Andre Deutsch . Págs. 169-171. ISBN. 0-671-62028-2.
3. Glen, William (1982). El camino a Jaramillo: años críticos de la revolución en las ciencias de la Tierra . Stanford University Press . ISBN 0-8047-1119-4.
4. Dunlop, David J.; Özdemir, Özden (1997). Magnetismo del rock: fundamentos y fronteras . Universidad de Cambridge. Prensa . págs. 223-224. ISBN 0-521-32514-5.
5. Néel, Louis (1955). "Algunos aspectos teóricos del magnetismo de las rocas" (PDF) . Avances en Física . 4 (14): 191–243. Bibcode :1955AdPhy...4..191N. doi :10.1080/00018735500101204.