Magnetización termorremanente

Cuando una roca ígnea se enfría, adquiere una magnetización termoremanente ( TRM ) procedente del campo terrestre. 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. TRM es la razón principal por la que los paleomagnetistas pueden deducir la dirección y magnitud del campo de la Tierra antigua. ^[1]

Historia

Ya en el siglo XI, los chinos sabían que un trozo de hierro podía magnetizarse calentándolo hasta que estuviera al rojo vivo y luego enfriándolo en agua. Mientras se apagaba, se orientaba en el campo terrestre para conseguir la polaridad deseada. En 1600, William Gilbert publicó De Magnete (1600), un informe de una serie de meticulosos experimentos sobre magnetismo. En él, describió el enfriamiento de una barra de acero en la dirección del campo terrestre, y es posible que estuviera al tanto del trabajo chino. ^[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 terrestre sin calentamiento; que calentar rocas en el campo magnético de la Tierra podría magnetizarlas en la dirección del campo; y que el campo de la Tierra había invertido su dirección en el pasado. ^[3]

En paleomagnetismo

Desmagnetización

Se sabe desde hace mucho tiempo que un TRM puede eliminarse si se calienta por encima de la temperatura Curie de los minerales que lo contienen. Un TRM también se puede desmagnetizar parcialmente calentándolo a una temperatura más baja y enfriándolo nuevamente a temperatura ambiente. Un procedimiento común en paleomagnetismo es la desmagnetización por pasos , 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 trazar de diversas formas, según la aplicación. ${\displaystyle \scriptstyle T_{\text{C}}}$ ${\displaystyle \scriptstyle T_{1}}$ ${\displaystyle \scriptstyle T_{1},T_{2},\ldots }$

MRT parcial

Si posteriormente una roca se recalienta (como resultado de un entierro, por ejemplo), parte o la totalidad de la TRM puede ser reemplazada por una nueva remanencia. Si es sólo una parte de la remanencia se le conoce como magnetización termorremanente parcial (pTRM) . Debido a que se han realizado numerosos experimentos modelando 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 , luego enfriando el resto del camino hasta 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 cuando no es mucho mayor que el campo terrestre actual. ${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{A}}(H)}$ ${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{B}}(H)}$ ${\displaystyle \scriptstyle H}$ ${\displaystyle \scriptstyle H}$
• Reciprocidad : se puede eliminar calentando a través del intervalo de temperatura y a través . ${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{A}}}$ ${\displaystyle \scriptstyle A}$ ${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{B}}}$ ${\displaystyle \scriptstyle B}$
• Independencia : y son independientes. ${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{A}}}$ ${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{B}}}$
• Aditividad : Si se adquiere al encender 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 intervalos de temperatura que no se superponen 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 . Si el TRM resultante se calienta en un campo cero, se vuelve superparamagnético nuevamente a una temperatura de desbloqueo igual a . Entonces es fácil verificar que se mantienen la reciprocidad, la independencia y la aditividad. Sólo falta que se cumpla la linealidad para que se cumplan 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 Néel para TRM de dominio único

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

Ver también

• Magnetismo de roca

Referencias

1. Stacey, Frank D.; Banerjee, Subir K. (1974). Los principios físicos del magnetismo de las rocas. Elsevier . pag. 105.ISBN​ 0-444-41084-8.
2. Templo, Robert (2006). El genio de China . André 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 . Prensa de la Universidad de Stanford . 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. Neel, Louis (1955). «Algunos aspectos teóricos del magnetismo de las rocas» (PDF) . Avances en Física . 4 (14): 191–243. Código bibliográfico : 1955AdPhy...4..191N. doi :10.1080/00018735500101204.