Presentacion Campo MagnÃ©tico Terrestre

5/9/2018 Presentacion Campo MagnÃ©tico Terrestre - slidepdf.com

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Magnetismo. Introducción

� El magnetismo es uno de los aspectos del Electro-Magnetismo, una de las fuerzas fundamentales de lanaturaleza.

� Las fuerzas magnéticas son producidas por partículascargadas en movimiento, lo que indica la estrecharelación que tienen el magnetismo y la electricidad.

� El marco teórico que une ambas fuerzas se denominaTeoría electromagnética de Maxwell.

� La manifestación mas conocida del magnetismo es laatracción y la repulsión que actúa en materiales como elFe. Sin embargo, en todos los materiales es posibleobservar efectos sutiles de magnetización.



Conceptos BásicosCampo Magnético� Cualquier partícula cargada en movimiento, genera un campo

magnético. Este campo es parte de la fuerza que involucra a lavelocidad de la partícula cargada.

� La fuerza que genera ésta partícula tiene una parte estática

(eléctrica) y una dinámica ( que define al campo magnético).� Este campo, se encuentra en una región del espacio que rodea a la

carga móvil. La intensidad del campo se representa por líneasimaginarias cerradas.

� La particularidad del campo es que es Dipolar, es decir que tienedos polos (dipolo magnético). El polo positivo es aquel en el que

emergen las líneas del campo magnético, y el negativo en el queingresan. La dirección y el sentido del campo se determina con laregla de la mano derecha.



Leyes fundamentales

Hay dos Leyes fundamentales del magnetismos�³Los polos opuestos se atraen y los iguales se repelen´

�La fuerza magnética entre polos, es proporcional al producto de los polos por el cuadradode la distancia que los separa, todo multiplicado por una constante K(1/).

F mag= K . P(+) . P(-) / d2

K = 1/ = inversa de la permeabilidad magnética, que será explicada a continuación, comouno de los conceptos básicos.

Esta ecuación tiene la misma forma que la ley elC

oulomb (F= K .q+.q-

/d2

)y la ley de Gravedad Universal (F=K. m 1.m2/r 2).Lo que tienen en común todas ellas, es que, si la distancia disminuye a la mitad, F,aumenta 4 veces.

- - -+ + +



Herramientas básicas� Estas herramientas, son las que vamos a utilizar para describir las

variaciones del campo actual, para luego aplicarlas a ciertas propiedades delas rocas.

-

+

Carga = m

d

M = Momento Magnético.

Para un par de cargas magnéticasseparadas una distancia d:

M= m.d

H = Campo Magnético o intensidad del campo

Es la fuerza que experimenta, una carga positiva,situada en una región. Para visualizarlo,utilizamos un torque de alineamiento de un dipoloinmerso en un campo H.

H

=M X H



Herramientas básicas

J = Magnetización o Intensidad de Magnetización:

Es la sumatoria de momentos por unidad de volumen. J = � M / V

J

Volumen (unidad)



Herramientas BásicasTipos de Magnetizaciones (J)

Magnetización Inducida (Ji) Magnetización Remanente (Jr)

Es la magnetización que adquiere

una sustancia al ser expuesta a un

campo magnético H.

Esta cantidad está relacionada con la

Susceptibilidad Magnética (),

según la ecuación: Ji = . H

Es la magnetización, que adquirió unmaterial, cuando actuaron en él,campos magnéticos pasados.Es una cantidad muy usada en

Paleomagnetismo, y su estudio sebasa en determinar las componentesde éste campo.



Herramientas BásicasC

antidades del campo geomagnético� B = Inducción Magnética o Fuerza magnética o Densidad de FlujoEs un vector que representa el modulo, dirección y sentido del campo magnético en unpunto.El campo magnético, se representa por líneas de fuerza o de inducción, de manera queel numero de líneas que atraviesa perpendicularmente una superficie de área unidad, esigual a la inducción magnética en una región.

El vector inducción es tangente en cada punto a las líneas de campo.Para poder explicar mejor ésta cantidad es necesario definir otros conceptos

� H = Intensidad del campo magnético.Es un vector. Se define en un medio. H = 1 / . B

� = Permeabilidad magnética del medio.

Es la facilidad que tiene un cuerpo de ser atravesado por un flujo magnético.Otra manera es definirla como la medida de la modificación de la fuerza de atracción ode repulsión entre dos polos magnéticos en un medio de por si magnético= 1 + 4. Lo que se usa en realidad es la relativa ( de la sustancia/ en el vacío).Se explica nuevamente en propiedades de los materiales



Herramientas Básicas.Cantidades del campo geomagnético

H¶ Es el campo propio del material, generado en presencia de uncampo externo H.

H¶= 4 J

Entonces B= H +H¶= H + 4 JB es el número de líneas de fuerza magnética que atraviesan unasuperficie unidad.

H H¶



Herramientas Básicas.Cantidades del campo geomagnético

H y B, están también relacionados a través de la ecuación = B/HCuanto mayor es el número de líneas que atraviesa la superficie

unidad, mayor es la permeabilidad .Para visualizar la permeabilidad, podemos pensar que la superficie

unidad del medio que atraviesa el flujo magnético, se asemejar a un

colador. Cuanto mas agujeros halla mayor será la permeabilidad.= 1+ 4

Se volverá sobre éste concepto al ver propiedades de las rocas.

Las ecuaciones que relaciona todos estos conceptos son lassiguientes:B= H+H¶= H+4 J = H+ 4 H ; tomando H como factor comúnqueda que B = H.(1+ 4 ) = H.

Entonces = B/H = 1 + 4



Magnetismo en las rocasPropiedades Magnéticas



Propiedades magnéticas de los

materialesEn las siguientes figuras se ilustran tres comportamientosmagnéticos que fueron observados en un experimentodonde se monitorio la magnetización J al aplicar un campoH.

Este experimento, utilizó el hecho de que algunos átomostienen momentos magnéticos atómicos debido almovimiento del spin de los electrones en sus orbitas.Los sólidos mas comunes que presenta ésta característicason los que tienen elementos de transición (principalmenteFe) con átomos que poseen un momento magnético por nollenan la capa orbital 3d.



Propiedades magnéticas de sólidos

JJi

Si: es constante, pequeño y (-), no hay Jantes de aplicar H y al aplicarlo Ji espequeña y (-), entonces la sustancia es:

Diamagnética.

Si: es constante, pequeño y (+).Haymomentos atómicos pero nointeractúan entre ellos. Ante laaplicación del campo H se alineanparalelamente y al quitarlo se hacecero. Este tipo de sustancia esParamagnética.

H H

a) b)



J

H

Js

Jr

Ciclo deHistéresis

(a condiciones normales de T°)

c)

Si no es una simple constante y la trayectoria de la magnetización muestra histéresis,

la sustancia es Ferromagnética.Trayectoria del ciclo de Histéresis, H es variable1- La sustancia se comporta como Paramagnética, los spin generan momentos queinteraccionan en forma muy intensa.2- Si H aumenta, J aumenta, pero indefinidamente, sino hasta un punto donde a pesar de aumentar H, J permanece contante. Js= Imantación de Saturación. (2)3- Si H baja, J también pero no hace el recorrido inverso a (2 y 1). Cuando H se anula, Jes distinto que cero e igual a Jr = magnetización Remanente de la sustancia.

1

2

Propiedades magnéticas de los sólidos



Comparación simple de lapermeabilidades en:

ferromagnéticos(f ),

paramagnéticos(p),

diamagnéticos(d),

y en el vacío (0).

Propiedades magnéticas de sólidosPermeabilidad

Los distintos tipos de materiales, también se pueden diferenciar enbase a su permeabilidad magnética. En general:



Propiedades magnéticas de sólidos

PermeabilidadSustancias diamagnéticas.- Son aquellas cuyapermeabilidad magnética relativa es menor que launidad: µr < 1Si una sustancia diamagnética se Coloca entre los polosde un imán, las líneas de fuerza del campo exterior sedispersan al atravesar las sustancias ya que el Campo enel interior de la misma es menor que en el exterior y por lotanto, rechazaran las líneas del campo que quieranatravezarlo.

Sustancias paramagnéticas.- Son aquellas cuyapermeabilidad relativa es aproximadamente igual a launidad: µr ~ 1.Si una sustancia paramagnética se coloca entre los polosde un imán, las líneas de fuerza del campo permaneceninalteradas, ya que el campo en el interior de la misma esaproximadamente igual que en el exterior .

Sustancias ferromagnéticas.- Son aquellas cuyapermeabilidad magnética relativa es mayor que launidad: µr > 1.Si una sustancia ferromagnética se coloca entre los polosde un imán, las líneas de fuerza del campo exterior seconcentran al atravesar la sustancia, ya que el campo enel interior de la misma es mayor que en el exterior.

En consecuencia al aumentar el campo magnético, la

intensidad aumenta notablemente. El material se pega alos imanes



Sustancias Diamagnéticas Al aplicar un campo magnético, se altera el movimiento de los electrones en el orbitalproduciéndose una pequeña magnetización antiparalela.(Ji negativa). (-Ji= - .H)Una sustancia de este tipo repelen las líneas del flujo magnético cuando se le aproxima un

imán. Esto se debe a que tiene permeabilidad relativa menor que 1.(= B/H=1+(4-), entonces <1Ej: minerales (Cuarzo, Feldespatos) elementos (Cu, Cd, Ag, Sn).

Sustancias ParamagnéticasSon sólidos que tienen átomos con electrones no apareados que generan momentosatómicos netos, distribuidos al azar pero que no interactúan entre ellos (JI=0). Al aplicarles

un campo éstos electrones adquieren magnetización inducida Ji pequeña, positiva, lineal yparalela al campo H. (Ji= .H).El momento magnético atómico reacciona independientemente del campo aplicado.Por la ecuación de permeabilidad (= B/H=1+(4-), vemos que el último término espequeño, entonces ~ 1. Las lineas de campo atraviesan el material sin practicamersedesviarse.Ej: Los elementos de transición son poseedores de electrones no apareados



Sustancias Ferromagnéticas

Estos sólidos tienen átomos con momentos magnéticos que interaccionan fuertemente.Cuando se aplica un campo estos momentos se agrupan en lugares llamados dominios.

Al aplicar un campo H, responden como un paramagnético, pero al ir variando el campo,respondes con Histéresis.Js, es un punto de inflexión importante, y constante a temperatura constante, en cadamaterial ferromagnético.Js disminuye con el incremento de la temperatura, llegando a cero a la temperatura deCurie(*), que es característico del material (580° en la Magnetita, 680° Hematita). (Ver

gráfico)Otra particularidad de éstos materiales es su capacidad de recordar la magnetización delcampo magnético aplicado al momento de su formación (Jr en el gráfico de histeresis).

(*)Temperatura de Curie (Tc): Es una temperatura crítica, por encima de la cual, desaparece el ordenamiento yel material pasa a comportarse como paramagnético.



680 C°

Magnetización de Saturación Js a temperatura variable.

Js

T°amb 580 C° ¨

Hematita

Magnetita

Tc Magnetita Tc Hematita



Los materiales Ferromagnéticos se clasifican, (según la dirección de sus momentosmagnéticos intrínsecos de sus electrones) en: Ferromagnéticos, Ferrimagnéticos yAntiferromagnéticos (ordenados según Js resultante decreciente).



Mecanismos de magnetización Remanente

�Las propiedades magnéticas de las rocas depende de los minerales ferromagnéticosdispersos entre en ellas.�Desde el punto de vista paleomagnético, interesa el magnétismo remanente, adquiridopor la roca en el momento de su formación.�Para que esta información sea importante debe establecerse dirección y tiempo queadquirió ésta imantación.�De los mecanismos de adquisición de magnetismo, los mas importantes son:

Magnetismo remanente Térmico y el Depositaciónal

Magnetismo Remanente Térmico (aplicable a rocas Igneas)Es la magnetización que adquiere un material ferromagnético al enfriarse, desde unatemperatura superior a la de Curie, en presencia de un campo magnético.

A una temperatura inferior a la de Curie,(temperatura de bloqueo), en algunas partículas,el tiempo de relajación(*) de los momentos magnéticos pasa de segundos a años. A

temperatura ambiente, Este puede ser del orden de 109 años.Presesión: es el movimiento natural que realiza el spin de una partícula cargada(*)tiempo de relajación: es el tiempo que tarda, el spin, en pasar, de una posición dealineación con el campo inductor a su posición de natural.



Magnetismo Remanente Depositacional (aplicable a rocas sedimentarias)

Los granos de minerales ferromagnéticos, al depositarse por sedimentación, se orientan,

estadísticamente, en la dirección del campo magnético, adquiriendo la roca sedimentaria

una magnetización en la dirección del campo inductor.El mecanismo se aplica considerando un grano de material ferromagnético, esférico, con

un momento M, que se deposita en un medio líquido (agua) de profundidad h, que le da

tiempo a la partícula para orientarse según el campo B.

Mirando el gráfico, cuando = cero, el grano se oriento según B. Esta situación sefavorece cuando: B es intenso, la profundidad y la viscosidad son grande y la masa del

grano pequeña,

B

hagua

Fondo del cuerpo de agua



Paleomagnetismo

Este es el modelo

actual del campomagnético terrestre



Este es el proceso de inversión de la polaridad

Estos cambios se reflejan en las rocas



Medición del paleomagnetismo en rocassedimentarias

Líneas deflujo delcampo

magnéticoen el

momentode

formaciónde la roca

Las inversiones de la polaridad se refleja como magnetismo remanente enrocas con minerales ferromagnéticos.



Adquisición de Magnetismo Remanente Térmico en rocasIgneas

Erupciones volcánicas en diferentes épocas

Líneas de flujo del campo magnéticoen función de ubicación de los polos



Inversión del Campo Magnético reflejado en rocas de lasdorsales

Comprobación de

las inversiones dela polaridad en losfondos oceánicos

cercanos a lasdorsales



(+/-) = polaridad normal (naranja) e inversa(blanco).

Subcrom = Sucesos. Polaridad opuesta ala del Cron correspondiente

Cron = Épocas. Periodo que predominauna polaridad

Inversiones de lapolaridadmagnética en losúltimos 5 m. a.



Migración de los Polos y de los Continentes

Polo virtual Paleomagnético (Paleopolos): Se llama así a la orientación del polo que magnetizó a unaroca determinada.

La determinación de estos paleopolos para distintas épocas, en rocas de distintos continentes, hallevado a descubrimientos de gran importancia en la evolución de la tierra, que se resume de lasiguiente manera.

Si consideramos paleopolos de rocas modernas (desde el cuaternario hasta el presente), el campo

geomagnético es relativamente estable y coincide con un dipolo centrado en la dirección del eje derotación de la tierra. Hay una pequeña dispersión de 20° que representaría la presesión del eje deldipolo.

Del análisis de rocas mas antiguas (por ejemplo del Pm) de la misma época, de distintas regionespero de un mismo continente (por ejemplo Europa), dan como resultado una agrupación de polosentorno a un punto.

Si esto mismo se hace en otro continente, por ejemplo America del Norte, también para el Pm, los

paleopolos se agrupan en torno a un punto, con la misma latitud pero separado es en longitudrespecto a los determinados para Europa.

Si comparamos rocas de otros periodos también para Europa y America del Norte, es posible seguir las distintas trayectorias de los paleopolos. La diferencia se debe a que los continentes no ocupanactualmente, la misma posición relativa que en el pasado.

Para el caso de America y Europa, la diferencia se elimina, si cerramos el Océano Atlántico.



La migración de los polos magnéticos:datos para America del Norte y Europa

Como las curvas, aunqueparalelas, no coinciden, las

posiciones de amboscontinentes a lo largo del

tiempo han cambiado(movimiento de las placas

litosféricas)



Migración de los Continentes



Campo Magnético Terrestre(C.M.T)



La Tres orígenes

Campo Magnético Interno o

Principal95%

Campo Magnético Externo4,7%

Campo de la Corteza0,3%

Generado por:Campo Interno Inductor

(Nucleo externo) y corteza

hasta T° Curie

Generado por:Interacción

Ionosfera ± Viento Solar

Generado por:Magnetismo de las Rocas( Inducido o Remanente)

Intensidad del C.M.T observado en la tierra



La Intensidad del C.M.T es de carácter vectorial

� Para estudiar las componentes de la intensidad del C.M.T, se tomacomo sistema de referencia, en un punto de la superficie terrestre³O´, un sistema cartesiano de coordenadas XYZ, que representan elsistema geográfico Norte, Este y Nadir respectivamente.

� La Intensidad del Campo Magnético es F. Su proyección horizontal

es H y señala el Norte Magnético. � El ángulo que forma H con el Norte Geogr áfico es D, DeclinaciónMagnéticaMagnética.

� El ángulo que forman F y H es I, Inclinación Magnética.El siguiente gráfico señala la descomposición vectorial del campo

geomagnético en el sistema de referencia geográfico de un punto

ubicado en el hemisferio norte.



H

F

X

Y

NorteMagnético

Meridiano

Magnético

D(+)D(+)

-(+)

(Norte)

(Este)

Z(Nadir)

DeclinaciónMagnética

InclinaciónMagnética

Intensidad delcampo

magnético

OPunto de

observación



La Intensidad del C.M.T es de carácter vectorial(Continuación)

Por convención:

� I, es (+) hacia abajo.

� D, es (+) hacia la derecha.� Se le llama Polo Magnético Norte al que coincide, ensentido, con el Polo Geográfico Norte.

Para definir el Campo en un punto bastan tres cantidadesX,Y,Z o F,I,D.

Es conveniente no confundir H (componente horizontal de F en un punto, que señala elNorte) con H, vector intensidad del campo magnético, (muy utilizado en este tipo de literatura para definir a un campo geomagnético).



La Intensidad del C.M.T es de carácter vectorial(Continuación)

EL CMT causa el hundimiento dela aguja (brújula de inclinación,orientada en un plano vertical)alineándose con las líneas defuerza magnéticas (= F)

El ángulo de hundimiento (= I)decrece uniformemente desde90° en los polos magnéticos a 0°en el ecuador magnético.En consecuencia, la distancia delos polos magnéticos pueden ser determinados por el ángulo dehundimiento.



La Intensidad del C.M.T es de carácter vectorial.(continuación)

� Los valores de F,Z,H,D,I representados sobre un mapa, constituyen³Cartas Magnéticas´.

� En estas cartas las líneas de igual valor de F, H, Z se llaman³ líneas isodinámicas´

� Las líneas de igual valor del ángulo de declinación, D, Isógonas� La línea que corresponde al D = 0°, se llama línea Agona.(Norte

Geográfico y magnético coinciden)� Las líneas de igual valor del ángulo de inclinación, I, Isoclinas� La línea que corresponde al I = 0 °, se llama línea Aclínica.Constituyen el Ecuador Magnético y los puntos en los que I = 90°,los Polos Magnéticos



Tipo de variaciones masimportantes de C.M.T

El C.M.T no es constante, varia todo el tiempo

Seculares o

Temporales deCampo InternoTemporales delCampo Externo



Variaciones Seculares o del campo interno

� Se generan en el núcleo externo� Se manifiestan lenta y progresivamente a través

de los años

� Afectan a todas las componentes del campomagnético� Es un objetivo del paleomagnetismo, obtener

registros de estas.

Ej: D puede variar hasta 150 nT/año.I puede variar de 6 a 10 minutos/años.

Las características de estas variaciones se trataran mas adelante.



Variaciones Temporales del campo externo

Son debidas principalmente a la actividad del sol.Se producen todo el tiempo.Hay distintos tipos� Periódicas Relacionadas con las manchas solares y la rotación del

sol.Pueden durar 12hs, 24hs, 27dias, 6 meses, 1 año.Se originan en las capas ionizadas de la atmósfera.(son del orden delos 100 nT).

� No Periódicas Son las denominadas Tormentas Magnéticas, deorigen externo. (alrededor de los 500 nT)

pueden durar varios días.� De Periodo corto Pulsaciones magnéticas de pequeña amplitud.

Las características de estas variaciones se trataran mas adelante.



Características del CampoMagnético Terrestre



Campo Magnético de un DipoloEl C.M.T se puede aproximar en un 90%al producido por un dipolo geocéntrico

inclinado 11,5°, respecto del eje derotación.

Su momento magnético está dado por

M = I . A . n

(Para una vuelta de corriente I, queencierra una área A, cuyo vector normal es n.

I = CORRIENTE

A(m2)

(-)

(+)

(-)

(+)

B

B

Br

X3

X1

B Inducción Magnética

En X3 : =O; Z=Br=2B0 ; B=H=0;En X1 : =90; Z=Br=0 ; B=H=B0

B0 = Cte. Geomagnética (30.951 nT)

B = | F | ; B= |H| ; Br = |Z|

n



Campo Magnético de un Dipolo(Continuación)

+

-

� Son simétricas respectoal eje dipolar y su planoperpendicular

� Representarían el C.M.Ten ausencia de influenciasexternas.

� Lineas de flujo, paralelas alvector B, creadas por eldipolo



Cantidades más utilizadas

H : Intensidad delcampo magnético

Unidades

SI: amperio/metro(A/m)c.g.s: oersted (ö)

B : Inducción Magnética

Unidades

SI: Weber/m2 =Tesla(T)

c.g.s: gauss (G),

gamma(K)

1G=10-4 T1ö= 103 /4 T

1K = 10-5 G =10-9 T= 1 nT (nanotesla)

Equivalencias



El dipolo terrestre.Coordenadas geomagnéticas

Características actuales

M = 8 X1022 Am2

Ubicación de los Polos Magnéticos:

Boreal o Norte: 79 N- 290 E ; Austral: 79 S ± 110 E

Ángulo del eje de rotación = 11,5°

B0: cte geomagnética 30.951 nT.



PBG

PBMD

Ø

Coordenadas Geomagnéticas

Ecuador Magnético

(plano perpendicular aleje que contiene a PBM)

Ø

P

Polo geográfico

P coord. Geográficas(Ø, ) y Magnéticas( Ø)

Longitud

geomagnéticacon origen en elMeridianoGeográfico que

pasa por el pologeomagnético

ØB

PMB (Polo Mag. boreal)Coord. Magnéticas

(ØB)

= O en éste caso.ØLatitud

Magnéticacon

origen en elEcuador

Magnético



Campo Magnético internoModelo



Modelo del dipolo axial concéntrico(GAD).

� Se basa en un dipoloalineado con el centro dela tierra.

� Para éste modelo D = 0



Campo magnético actualCarta de Isógonas

Si comparamos el GAD con la carta Isógonas, vemos que:� El ecuador magnético, casi coincide con el geográfico. El

hemisferio norte presenta valores positivos y el hemisferiosur valores negativos.

Esta morfología es aproximadamente la del GAD, aunque hayciertas características que se desprenden de este modelotan sencillo, a saber:

� En primer lugar, los polos no coinciden con los geográficos,y en segundo lugar, el ecuador magnético oscila cerca delgeográfico.

El campo actual es indiscutiblemente un tanto mas complejoque modelo, por lo que el GAD debe modificarse parapoder describirlo.



Campo magnético actualCarta de Isógonas



Así, el modelo que mejor describe el campo actual seobtiene rotando el dipolo aproximadamente 11.5º del eje.

Aquí se observa que en el ecuador se ajusta mejor al

modelo, pero«



� Los polos geomagnéticos son puntos donde el dipoloinclinado intercepta la superficie de la tierra.

� Si el campo fuese dipolar geocéntrico, entonces los polo

coincidirían.� Sin embargo, esto representa un 90% del campo en

superficie.� Vale decir que es posible aproximar mejor el campo si

se quita la restricción del dipolo geocéntrico, lo cual

permite al dipolo un mejor ajuste. Este ajuste, llamadodipolo excéntrico, describe al campo de una maneraun tanto mejor.

� Para el campo actual, el dipolo excéntrico que mejor ajusta se encuentra a unos 500 Km aproximadamente,del centro de la tierra hacia el noroeste de la cuenca delPacífico.

� Con esto, nos acercamos aun mas a los valoresobservados.



� Aceptando la presencia de Campos No Dipolares, lacorrección es completa. Estos campos son el resultado de:

Valor observado ± Dipolo Excéntrico

Campos No Dipolar

� En el siguiente gráfico de Intensidad del campo no dipolar, seobservan que existen zonas no coincidentes con los polos,pero que tienen el mismo efecto que éstos.

� Este patrón de campo no dipolar podría modelarsematemáticamente , ubicando pequeños dipolos magnéticosen forma radial debajo de estas irregularidades. Para que

esta aproximación sea mejor, éstos dipolos deben ubicarseen el núcleo líquido, cerca de la interfase con el manto,orientándolos positivamente o negativamente según seaconveniente.



Campos No Dipolares.



Campo Geomagnéticointernacional de Referencia

� El campo magnético terrestre se describe a través de 7parámetros: declinación (D), inclinación (I), intensidadhorizontal (H), intensidad vertical (Z), intensidad total (F), ylas componentes norte (X) y este (Y) de la intensidad

horizontal.� Por convención, la declinación se considera positiva

cuando se mide hacia el este, la inclinación e intensidadvertical son positivas hacia abajo (hacia dentro de laTierra), X es positiva hacia el norte e Y positiva hacia eleste. El campo magnético observado en la Tierra cambiaconstantemente

C G éti




(continuacion)� El campo geomagnético medido en cualquier punto sobrela superficie terrestre es una combinación de varioscampos magnéticos generados por distintas fuentes. Estoscampos se superponen e interactúan entre sí. Más del 90%

del campo medido es de origen INTERNO, es decir, seorigina en el núcleo externo de la Tierra. Esta porción delcampo geomagnético se denomina Campo Principal, quevaría lentamente en el tiempo y se puede describir por Modelos Matemáticos como el Campo de Referencia Geomagnético Internacional o International

Geomagnetic Reference Field (IGRF) y el ModeloMagnético Mundial o World Magnetic Model (WMM).

C G éti




(continuación)� El modelo IGRF (International Geomagnetic Reference

Field) de la Asociación Internacional de Geomagnetismo y Aeronomía, se revisa cada cinco años y que va por su

versión décima. Este modelo es el empleado para estimar los valores de declinación magnética. Dado el carácter deconstante cambio del campo magnético terrestre, esnecesario mantener su permanentemente observaciónpara poder determinar su dinámica, así como revisar los

modelos en que se basa para ajustar el valor calculado por el modelo, lo más posible a su valor real




� El campo de referencia geomagnética Internacional (IGRF)es una descripción matemática del campo magnéticoprincipal el cual se utiliza ampliamente en los estudios delinterior de la corteza , la ionosfera y la magnetosfera de latierra.

� La producción de la IGRF es un esfuerzo de colaboracióninternacional que se apoya en la cooperación entre losinstitutos modeladores del campo magnético y de losorganismos encargados de la recopilación y publicación dedatos de campo geomagnético.

� El IGRF incorpora datos de observatorios terrestres,aéreos, marítimos y de exploraciones satelitales. El últimomodelo es la generación 10 ª IGRF la cual está disponibledesde diciembre de 2004 y es válida hasta el año 2010.La página que se ha incrustado a continuación, puede ser visitada en:http://www.ngdc.noaa.gov/geomagmodels/IGRFWMM.jsp.



Carta de intensidad total F



Carta de Declinación



Carta de Inclinación



Origen del Campo Magnético

Todas las teorías involucran la generación del campo en el núcleoexterno mediante fluidos conductores.

El modelo (ver figura) involucra un disco conductor que gira enpresencia de un campo magnético. Los electrones en el disco

experimentan una fuerza dada por la interacción de la corriente (i=corriente) y el campo magnético B.

Luego los electrones salen del disco y atraviesan el campo (circulaciónen el solenoide), generando un aumento de la intensidad del campo.Esto se mantiene asi mientras el disco siga girando.

Entonces tenemos:

Un conductor móvil (disco = núcleo) y un campo inicial queinteractúan.

Falta explicar la fuente de energía, que no están en el modelo, paraque continúe la rotación y compense las perdidas.



Teoría del Dínamo auto excitado

B



Fuente de Energía:

En la tierra la fuente de realimentación seria el campo

magnético y la mezcla de metales como el Ni y el Femoviéndose por convección.

Fuente de disipación de Energía

El campo no puede crecer indefinidamente, entonces debeser generada, tanto para mantener los fluidos enmovimiento como al campo magnético, una disipación deésta energía. Las fuentes de disipación propuestas son:

El enfriamiento gradual del núcleo y el crecimiento delnúcleo interno sólido.



Este movimiento de convección de un líquido conductor, mueve cargaseléctricas, generarando un campo magnético

Pero la Tierra está rotando. Fuerzas como la de Coriolis complican las

trayectorias del líquido en movimiento, causando desviaciones ydeformaciones de las líneas de campo.

En los últimos años se llegó a entender mejor el proceso. Lasimágenes de abajo fueron, producidas por Gary A. Glatzmaier colaboradores en el Institute of Geophysics & Planetary Physics en Los

Alamos National Laboratory, Nuevo México.�Estas son soluciones de ecuaciones 'Magnetohidrodinámicas, queinvolucran ecuaciones utilizadas en mecánica de fluidos, que serian losconductores en el núcleo externo. La idea es que las líneas de flujomagnético son arrastradas¶ por movimientos del fluido.



Variaciones del Campo Magnético Terrestre



Variaciones del Campo Magnético Terrestre

Las Variaciones Seculares del Campo Magnético Internoson apreciables en periodos largos de tiempo, al comparar valores medios anualesdurante varios años. El efecto de éstas variaciones afectan al campo dipolar y al no-dipolar:

� Efectos de las variaciones Seculares sobre el Campo Dipolar 1) Disminución continua del momento dipolar (0,5%/año).2) Cambio en la orientación del eje (procesa mayormente hacia el oeste(longitudinalmente). El resultado es un movimiento esferoidal en torno al eje de

rotación.Teoría del origen: Asociado a procesos del dínamo del núcleo terrestre (cambios en la

dirección y en la amplitud).

�Efecto de las variaciones Seculares sobre el campo no- dipolar 1) Deriva del campo en todas sus componente de este a oeste (velocidad= 0,2long/año)2) Aumento y disminución de la intensidad.(10nT/año)3) Deriva del centro del dipolo excéntrico(0,3%/año al oeste y 0,2%/año al

norte, con un alejamiento promedio de 2km/año)Teoría del origen : son dos, por un lado la Magnetización y sus cambios en la cortezaterrestre y por el otro, las corrientes convectivas en la superficie del núcleo.Deriva hacia el oeste: Es provocado por el acople viscoso y electromagnético entre elmanto interno y el núcleo externo. El núcleo gira mas rápido y generan campostoroidales debido a la diferencia de conductividad.En base a éstas variaciones se realizan ³mapas de variaciones´ de F, D e I



Variación de F entre 1590 y 2005









Campo Magnético Externo. Ionosfera

y Magnetosfera

Variaciones del Campo Externo



Variaciones relacionadas con el campo externo

Son debidas principalmente a la actividad del sol y de la luna. Son de cortaduración. Se dividen en periódicas y no periódicas.PeriódicasPeriódicas: Se aprecian mejor en días tranquilos, cuando las perturbaciones dela actividad solar, son pequeñas. Dependen de la influencia continua del sol y laluna, las manchas solares y la rotación del sol. Las perturbaciones de menor tiempo se llaman Pulsaciones Magnéticas.

Variación solar tranquila (Sq) :Son variaciones dependientes del tiempo solar local. Son diurnas. En un día solar se produce un máximo (12 hs.) y unmínimo(24hs.).Son dependientes de la latitud y de la epoca del año (ver figuras)Variaciones de la lunaVariaciones de la luna: son semidiurnas. En un día se producen dos máximos (6y 18 hs) y dos mínimos (12 y 0 hs).(ver figura)No Periódicas: Tienen su origen en los movimientos de las capas ionizadas de laatmósfera (Ionosfera). Las mas importantes son las Tormentas Magnéticas.(ver figura)



Variaciones relacionadas con el Sol

Variaciones en un día solar adistintas latitudes.� Se observa que tienen unmáximo positivo, muy cercadel medio día, y un mínimosnegativos al alejarse de este.� Entonces estas variaciones

son diurnas.�Las variaciones del H sondel orden de los 100 nT



Variaciones relacionadas con el Sol

Variaciones de la intensidad con lalatitud:

�Se puede ver que en el ecuador, H

es máximos Z es mínimo y D sufrevariaciones negativas

�Esto es acorde con lo explicadorespecto al carácter vectorial del CMTy sus variaciones con la latitud.



Variaciones Lunares

� Son semidiurnas.

� Tienen dos máximos (6 y18hs) y dos mínimos (12 y0hs).Tiempo Lunar

� Las amplitudes máximastambién son en el ecuador.

� Para los máximos de H, Zes cero.

� Las variaciones de H sondel orden de los 20 nT.

Tormentas Magnéticas



gSon perturbaciones no periódicas, que llegan a tener 400 nT y que se producen casi

simultáneamente en todo el planeta.

Registros de la componente magnética H durante la tormenta magnética del 17 y 18 de abril de 1965.

La superficie de la Tierra ha sido dividida, aproximadamente, en cuatro sectores: Europa-África, Medio Oriente-India,Pacífico y N-S América.



Tormentas Magnéticas

� Son de origen externo.� Se deben a la interacción de partículas emitidas en erupciones

solares y el CMT. Estas partículas viajan a 400 Km./seg. y llegan ala tierra 20 o 40 hs después.

� Una forma típica de presentarse una tormenta magnética es la que

se puede observar en la figura siguiente.� Esta muestra un Magnetograma digital del Observatorio Magnético

de Las Acacias, Provincia de Buenos Aires, del mes de noviembrede 2003. La tormenta magnética se apreciar en el cambio repentino,y de gran amplitud, de la Intensidad Total del Campo Geomagnéticodel día 20 de noviembre. El año 2003 fué cercano al año 2001 deactividad solar máxima , de acuerdo con el período de actividadsolar de 11.5 años promedio



intensidad mas omenos constante

1-Ascensorepentino

2-Descensoabrupto

3- Normalización



Campo Externo. Introducción

La tierra, como sabemos, no está sola en el espacio. Está el sol,estrella que evoluciona y que tiene una atmosfera con capas, queinteractúan entre ellas, se expande y emite partículas positivas ynegativas que salen del sol con velocidades de 400 Km./seg. llamadoViento Solar, también emiten luz UV y RX. El campo magnético estransparente a las UV pero no la RX.

Este viento solar, interactúa con el campo magnético de la tierra y segenera una onda de choque que está a 12 radios terrestres. Unaumento de la T° produce un aumento de la velocidad y se aprietan lascapas para un lado o para el otro.El viento solar y la Ionosfera, aportan parte del 4,7% del CMTobservado en la superficie terrestre.(diapositiva 32).El resto lo aportanla magnetosfera y las corrientes en anillo, que se verán mas adelante.Las variaciones provocadas por el campo externo son muy rápidas.Las originadas por la ionosfera son permanentes y las originadas por magnetosfera y corrientes en anillo son transitorias.



En el sistema solar, la tierra gira alrededor del sol, pasa por distintoslugares donde el viento además detener velocidades de 400 Km./seg.arrastra el campo magnético de latierra.

El sol tiene ciclos de 11 años(inversión de campo magnético) yuna rotación de 27 días y también esdipolar.En la figura puede verse lainteracción entre ambos.

Esta interacción es tipoelectrodinámica y va desde 1 radioterrestre hasta 12.

Campo Magnético arrastrando el Viento Solar

VIENTOSOLAR

FRENTE DE CHOQUE

Las partículas de bajan Energía son desviadas y las de alta Energía atraviesan el campo y están formadasprincipalmente por rayos UV y RX.



Ionosfera

Capa que se desarrolla desde

los 65 Km. hasta los 500 kmaproximadamente (ver figura).Nos referimos a ella como capaionizada de la atmósfera(variaciones no periódicas del campoexterno).

La ionización de partículas

originalmente neutras, seproduce por la radiación solar,que emite principalmente rayosUV y RX.En el proceso, la radicaciónabsorbida produce un Ion (+) y

un electrón libre, lo que resultaun número igual de partículas,por lo que decimos que laionosfera está eléctricamenteequilibrada.



Esta capa presenta variaciones continuas dela densidad de electrones ionizados enfunción de la altura. Por eso se produce unaestratificación en capas (C,D,E, F1,F2)

Como se observa en la figura, hay tambiénvariaciones diurnas en la cantidad deelectrones libres, que en fluyen en el CMT.

De la interacción del CMT con el viento solar y laradiación UV, se forman dos Sistemas de

Corrientes Ionosféricas y las Auroras Boreales.

Los Sistemas de Corrientes de la Ionosfera,como se ve en el gráfico, giran en formaopuesta entre los +. 70°. Estas permiten explicar el origen de las variaciones solares tranquilas ylas lunares.

En las latitudes mayores a 70° se producen lasAureolas Boreales por interacción, además dela magnetopausa, La cola de la magnetosfera ylas corrientes de anillos (cinturón de Van Allen).que se verán a continuación

70

70

90

90Eje del dipolo

Región Aural

Región Aural



Auroras Boreales

� Son tanto boreales como australes, aunque lasprimeras se desarrollan en lugares habitados y lasotras no.

� Se encuentran entre los polos magnéticos y los 67°y 77°

� Son fenómenos luminosos que se dan en la altaatmósfera Los electrones son las partículasresponsables de las auroras.

� Origen: excitación de los átomos de los gases de laatmosfera como N2, O e H, por partículas quepenetran en ella con alta energía. La atmosfera así,pasa a un estado excitado y al volver a su estadode equilibrio produce ésta radiación luminosa quese ve en la figura.

� El fenómeno es muy complejo, abarcando variosfenómenos.

� Las mas corrientes tienen forma de arco dedimensiones de 1.000 km. También hay de formaradial, de bandas y difusas.

� La apariencia roja y verde es por el Oxigeno. Lasvioletas por el Nitrógeno



Otros tipos de Auroras

Radial, En bandas y Difusas



Anillos de Radiación

Partículas cargas

provenientes del sol,ingresando a la tierra. Protones atrapados enel cinturón deradiación interno

Electrones atrapados enel cinturón de radiación

externa.

Es un cinturón de partículas enorbita ecuatorial, alrededor de latierra.

Esta formado por protones de altaenergía, ubicados en cinturónexterno, y protones y electrones debaja energía, en el interno.

Se ubican entre 1,5 y 2 radios y 4 y

5 radios terrestre.El movimiento de la partículas entirabuzón entre dos puntos deinflexión al tiempo que se desplazade este a oeste.

La inyección de estas partículasprovienen de los rayos cósmicos,chocan con las partículas de laatmósfera, produciendo un neutrón,que se desintegra en un p+, un e- yun neutrino, quedando p+ y el e-capturados por el CMT.



Cinturón de Van Allen, visto desde el espacio

M t f



Magnetosfera

Cuando hablamos de las tormentas magnéticas,

dijimos que se producen por la llegada, al campomagnético, de partículas cargadas eléctricamente,expulsadas de la superficie del sol, violentamente,en erupciones. Además de estas partículas, hay una continuaemisión de partículas provenientes, del sol, y que enconjunto se denomina viento o plasma solar.La interacción de este conjunto continuo departículas, produce una deformación de las líneasdel campo magnético, que queda comprimido, en ladirección frontal al sol, alargando en la direcciónopuesta y anulado fuera de cierta región (cúspide),todo confinado por la envoltura Todas estas zonasconstituyen la Magnetosfera.Las partículas de alta energía constituyen laradiación cósmica, que atraviesan el CMT sin ser afectadas. Las partículas de baja energía (mayoría

en el viento solar) son desviadas por el CMT y estainteracción es la que determina la estructura de lamagnetosfera.

VIENTO SOLAR FRENTE DE CHOQUE

MAGNETOPAUSA



VIENTO SOLAR DIA NOCHEFRENTE DE CHOQUE

MAGNETOVAINA

(limite externo)

Lamina

Neutra

COLA DE LA

MAGNETOS

FERA

Zona con líneas fuerza

Paralelas y opuestas.Zona de circulación

Corrientes desviadas

Región con partículas con mov. irregular entre el Frente de choque y laMagnetopausa

Estructura de la

Líneas de flujo

magnético

Tiene unalongitud de60 radiosterrestres

Documents

Presentacion Campo MagnÃ©tico Terrestre