Serviciencia, S.L.
Nota de Aplicación S-AN0008
Traducción de la "Application Note AN0008", de Bartington Instr. Ltd.
Cada cosa alrededor nuestro es magnética. Así como podemos describir los objetos y los materiales por su tamaño, color o composición química, también podemos describirlos por sus propiedades magnéticas. Esto puede ser una sorpresa para quienes no son físicos, porque nuestros encuentros en la vida diaria con el magnetismo se dan de forma bastante limitada, en términos de imanes y metales, o cinta de grabadoras. No pensamos en el comportamiento magnético de las rocas o de la tierra del suelo, o del polvo en el aire que respiramos y muchos, ciertamente, no tendrían en cuenta las propiedades magnéticas del agua de río o de las hojas de árbol. Pero toda materia es afectada por un campo magnético. El efecto puede ser extremadamente débil, o aún negativo, pero existe y puede ser fácilmente medido.
¿Qué hace el sistema MS2?
El Sistema MS2 mide la susceptibilidad magnética de los materiales. Los materiales que se miden comúnmente incluyen rocas, suelos, sedimentos de ríos, sedimentos marinos, polvos atmosféricos y materiales de construcción. La susceptibilidad magnética es una medida de cuán "magnética" es una muestra. En la práctica esto depende de un pequeño grupo de minerales portadores de hierro en el material. Algunos minerales son mucho mas magnéticos que otros y algunos materiales tienen mas minerales magnéticos que otros. La susceptibilidad magnética puede ayudar a identificar el tipo de material y la cantidad de mineral portador de hierro que contiene. El hierro y el acero también contribuirán para una lectura de la susceptibilidad magnética.
¿Quién lo utiliza?
El sistema MS2 es el estándar en todo mundo para la medición de la susceptibilidad magnética en roca, suelos, sedimento y muestras de polvo de contaminación. El sistema es utilizado por instituciones académicas y organizaciones comerciales que cubren una amplia gama de campos: ciencias ambientales, Geología, prospecciones, Arqueología, Geografía, Geofísica, ingeniería, ciencias agrarias y explotación petrolífera. Los sistemas MS2 se usan para diferentes propósitos en las diferentes áreas temáticas. Hay aproximadamente un reparto por igual entre usos para educación y para investigación, con una proporción mas pequeña de sistemas utilizados en la industria.
¿Porqué utilizan el sistema MS2?
El sistema MS2 hace mediciones baratas, limpias, seguras y rápidas, con una mínima preparación de muestra. La mediciones pueden emplear tan poco tiempo como 20 segundos por muestra. Las mediciones son muy fieles, con un alto nivel de precisión y reproducibilidad. La gama de sensores MS2 es única, permitiendo hacer mediciones en el laboratorio y en el campo, en la superficie del terreno, rocas expuestas, secciones en fosos y debajo del agua. Las mediciones pueden ser hechas en submuestras, o in situ y todos los datos se pueden enviar a registradores de datos Psion y ordenadores con software compatible IBM. La capacidad para determinar la susceptibilidad a dos frecuencias es particularmente interesante en estudios relacionados con el suelo, dónde las mediciones identifican y caracterizan el material de la superficie y el suelo quemado.
¿Qué puede hacer la susceptibilidad magnética para mis estudios?
La susceptibilidad magnética mide la "magnetizabilidad" de un material. En el ambiente natural la magnetizabilidad nos habla sobre los minerales que se encuentran en suelos, rocas, polvos y sedimentos, particularmente minerales portadores de hierro. Así, las mediciones pueden dar una información similar a la producida por otras técnicas mineralógicas, como la difracción por rayos X o el análisis de minerales pesados, pero a menudo con mayor eficiencia y resolución. En resumen, las mediciones nos permiten:
Difícilmente haya algún área de la investigación ambiental dónde la susceptibilidad magnética no se haya usado; una aproximación mineralógica magnética es aplicable prácticamente a toda clase de investigación ambiental. Las mediciones pueden ser diagnósticas de procesos específicos, como quemado, contaminación atmosférica o anegado de suelos y estos tipos de aplicaciones diagnósticas se están volviendo cada vez mas importantes en áreas particulares de estudio, tales como reconstrucción climática, Arqueología y Edafología. Los investigadores también encuentran que la susceptibilidad magnética es una medición conveniente porque:
En investigación ambiental se pueden medir grandes números de muestras, económicamente y sin limitar los analisis subsiguientes. Por lo tanto las mediciones son ideales en estudios de reconocimiento, dónde es necesario un gran conjunto de muestras para encontrar muestras "promedio" o "típicas" para otros analisis costosos o de larga duración. Las mediciones hechas in situ en el campo aceleran el proceso de vincular los datos a observaciones de campo, lo cual es importante para la gente trabajando en zonas remotas o del extranjero, lejos de las facilidades del laboratorio. Por ello las mediciones de la susceptibilidad magnética ofrecen una opción efectiva en coste al decidir sobre cuál técnica analítica utilizar. Cada vez mas se utiliza la susceptibilidad magnética entre una cantidad de técnicas analíticas ambientales. Por ejemplo, es utilizada conjuntamente con análisis de química, radioisótopos, microfósiles y otras propiedades magnéticas.
Los sensores MS2
El Sistema de Susceptibilidad Magnética Bartington MS2 consiste en un medidor y una gama de sensores intercambiables. Cada sensor a sido diseñado para un propósito específico y un sumario de sus diferentes usos se muestra mas abajo y en la tabla. El medidor expresa la susceptibilidad magnética ya sea en unidades CGS ó SI y hay dos rangos de medida, dando una resolución de 1 ó 0,1 x 10^-6 CGS para mediciones específicas en volumen.
El sensor MS2B, de frecuencia dual, acepta muestras de 10 ml en potes de plástico disponibles de Bartington Instruments, o núcleos de taladrados de 1 pulgada. Este es un sensor portátil de laboratorio que tiene la facilidad de hacer mediciones a dos frecuencias diferentes (4,65 kHz y 0,465 kHz). Esta facilidad de frecuencia dual permite la detección de minerales ferromagnéticos superparamagnéticos muy finos (~<0,03 µm) en suelos y rocas.
El sensor MS2C, para registro en núcleos, mide in situ la susceptibilidad magnética en núcleos tomados de sedimentos de lagos o fondos marinos. El sensor viene en una gama de diámetros desde 36 mm hasta 162 mm, para acomodar distintos tipos de núcleos.
El sensor MS2D, de bucle de exploración, es un sensor de campo, de 185 mm de diámetro, diseñado para hacer mediciones de superficie de suelos, rocas, acequias, etc. Es empleado principalmente en cartografía de campo y exploraciones de reconocimiento, proporcionando una resolución espacial de ~10^-1 m. Es utilizado conjuntamente con un mango de sonda que incorpora una unidad electrónica.
El sensor MS2E1 de exploración de superficie de alta resolución, mide variaciones a muy pequeña escala (10^-2 m) de la susceptibilidad magnética y puede ser conectado directamente al medidor MS2. El uso mas extendido es para medir susceptibilidad magnética a intervalos de menos de 1 cm en el laboratorio, a lo largo de secciones cubiertas de película de plástico de sedimentos marinos y lacustres.
La sonda de campo MS2F se utiliza también con el mango de sondas MS2. Se usa para medir variaciones espaciales a pequeña escala (~10^-2 m) en la susceptibilidad magnética de exposiciones geológicas, fosos en suelos y piedras y cascaduras individuales.
El sensor de laboratorio MS2G, de frecuencia simple, acepta muestras de 1 ml de líquido o polvo. Son posibles mediciones precisas con volúmenes menores de muestra, hasta 0,2 ml, permitiendo el uso de muestras provenientes de filtros de polvo o sedimentos.
El sistema MS2 X/T permite hacer las mediciones de susceptibilidad en muestras de 15 mm de diámetro (2,5 ml) desde -200 ºC hasta +900 ºC. Comprende el medidor MS2, el sensor MS2W, el horno MS2WF y la unidad de alimentación eléctrica MS2WFP. El sensor MS2W se puede utilizar sin el horno ni la fuente de alimentación, para mediciones desde -200 ºC hasta temperatura ambiente. Se utiliza para detectar respuestas magnéticas a la temperatura, destacando puntos de Curie y transiciones a bajas temperaturas, lo que permite la identificación del tipo de mineral.
| Los sensores MS2 y su uso | |
|---|---|
|
Uso |
Sensor |
Geología |
|
| Cartografía de campo | D, E o F |
| Identificando el tipo de roca en exposiciones | E o F |
| Identificando rocas erráticas en depósitos detríticos | E o F |
| Identificando zonas minerales | D |
| Muestras individuales | B, G o X/T |
Suelos |
|
| Cartografía de campo | D o F |
| Medición en campo de perfiles de suelo | F |
| Identificando la proveniencia de piedras | E o F |
| Medición de núcleos de suelos | C |
| Muestras individuales | B, G o X/T |
Arqueología |
|
| Localización de anteriores sitios de ocupación | B, D o F |
| Estudios estratigráficos | D, E o F |
| Pruebas de viabilidad de exploraciones con magnetómetro | B, D, E o F |
Hidrología y Sedimentología |
|
| Exploraciones de campo de sedimentos fluviales | D o F |
| Seguimiento de sedimentos magnéticamente resaltados | D o F |
| Muestras individuales de sedimento en suspensión | B, G o X/T |
| Muestras individuales de sedimentos fluviales | B, G o X/T |
| Medición de núcleos de sedimentos | C o E |
Contaminación |
|
| Detección en campo de partículas metálicas férreas | F o D |
| Evaluación de campo de contaminación en piedra de construcción | F |
| Muestras individuales de piedra, suelo y vegetación | B, G o X/T |
| Muestras de pequeño volumen | G |
Materiales de construcción |
|
| Exploraciones de campo de material oculto | D |
| Fuente geológica | B o X/T |
| Detección de permeabilidad en rellenos | B o X/T |
El sistema portátil MS2 puede medir tanto susceptibilidad a bajo campo como dependiente de la frecuencia y, con su gama de sensores robustos, tiene probados buenos antecedentes en laboratorios y ambientes naturales de todo el mundo. Hay un gran número de aplicaciones para la susceptibilidad magnética. Las secciones de mas abajo resumen algunas de las principales áreas en las que el MS2 se ha utilizado.
Tipos de roca y exploraciones de campo
La susceptibilidad magnética es un medio simple y efectivo de ayuda para identificar o distinguir entre diferentes tipos de rocas, en el laboratorio o en el campo. La gama de valores entre la creta y el basalto es de al menos tres órdenes de magnitud y el sistema MS2 es lo suficientemente sensible para medir la gama completa de tipos de roca, incluyendo las susceptibilidades débiles y negativas de la creta y la caliza. Las sondas de campo MS2E y F son particularmente útiles reconociendo el terreno, identificando intrusiones poco profundas y en ejercicios de educación de campo.
Las mediciones no destructivas reducen la necesidad de muestreo mediante el martillo geológico cuando los afloramientos de roca están descoloridos o cubiertos de liquen. Un análisis magnético amplio, en el cual la susceptibilidad es usualmente la medición inicial, puede proporcionar una descripción completa de los componentes magnéticos minerales, incluyendo el tipo de mineral, la concentración de mineral y el tamaño de grano.
Meteorización
La meteorización tiende a concentrar la fracción mineral pesada resistente, la cual frecuentemente incluye minerales magnéticos importantes como la magnetita. Algunos estudios han usado este fenómeno para producir una cronología de la meteorización en lavas. Otros estudios han utilizado las mediciones para identificar el frente de meteorización en perfiles de suelo.
Proveniencia de detritos
Cuando la geología es blanda, compuesta de detritos glaciares u otros sedimentos no consolidados, las mediciones de campo de la susceptibilidad pueden ayudar a identificar la presencia de piedras erráticas y la proveniencia del depósito. Algunos estudios han utilizado las relaciones entre la susceptibilidad y el tamaño de partícula para definir y localizar diferentes tipos de depósitos de detritos. En Escandinavia, un estudio fue capaz de distinguir entre diferentes direcciones del flujo de hielo, en base a las propiedades magnéticas del detrito.
Paleomagnetismo
La susceptibilidad a bajo campo es utilizada frecuentemente para determinar la concentración de mineral magnético, con el fin de ayudar a identificar rocas y sedimentos que han registrado fielmente el campo geomagnético de la Tierra a través de la magnetización remanente natural. En sedimentos lacustres y marinos la susceptibilidad puede ayudar a identificar zonas de perturbación, hiatos, sedimentos de aluvión, óxidos magnéticos formados en el mismo lugar y los efectos de la bioturbación en el registro geomagnético. Los núcleos de roca convencionales usados en los magnetómetros de rotación ("spinner magnetometers") son aceptados por el sensor MS2B.
Tipos de suelo y exploración de campo
Los minerales magnéticos en los suelos son heredados inicialmente del lecho rocoso meteorizado, pero también vienen de otras fuentes. En particular el fuego produce nuevos minerales superparamagnéticos ultrafinos (magnetita y maghemita), una característica utilizada por los arqueólogos para identificar antiguos hogares. Otros procesos en cubiertas fértiles con drenaje libre también incrementan los minerales derivados del lecho rocoso. La susceptibilidad dependiente de la frecuencia, medida en el sensor de frecuencia dual MS2B, puede ayudar a distinguir entre estos minerales primarios y secundarios. La sonda MS2D se usa para determinar la extensión espacial de diferentes tipos de suelos y la sonda MS2F es útil registrando la susceptibilidad en fosos antes de un muestreo menor. A menudo son detectadas por susceptibilidad magnética acumulaciones de un sulfuro de hierro bastante raro, llamado greigita, que se forma en condiciones de suelo anegado y en muchos sedimentos lacustres.
Exploración arqueológica
La susceptibilidad magnética se utiliza comúnmente para identificar características superficiales del suelo causadas por actividades humanas, tales como fundamentos de edificios, trabajos de la tierra, fosos, lindes de campos, etc. Es particularmente útil la habilidad de las mediciones para identificar áreas quemadas, tales como hogares, durante exploraciones de campo utilizando la sonda MS2D. La susceptibilidad dependiente de la frecuencia se usa para hacer mapas de las condiciones del suelo, perfiles de suelo truncados o erosionados y materiales de construcción.
Paleosuelos
Los suelos antiguos exhiben frecuentemente una cubierta magnéticamente resaltada, aún cuando estuvieran cubiertos por polvos o sedimentos por muchos milenios. Las mediciones de susceptibilidad, incluyendo la susceptibilidad dependiente de la frecuencia, son utilizadas para identificar las cubiertas viejas o restos de horizontes de suelos profundamente meteorizados. Los registros de susceptibilidad de secuencias loes/paleosuelos en China y otros lugares han proporcionado un registro sin igual del clima (recientemente calibrado con lluvias y temperaturas), acumulaciones de polvo y formación de suelo a lo largo del Cuaternario.
Procesos de ladera
Las mediciones de susceptibilidad pueden ayudar a determinar el espesor del manto del suelo y la redistribución del sedimento erosionado en laderas. La técnica trabaja mejor en suelos finos que exhiben un resaltado magnético pero que yacen sobre un material madre débilmente magnético, tal como la creta. Las mediciones de susceptibilidad se pueden utilizar para identificar las diferentes etapas de sedimentación en secuencias coluviales, en fondos de valles o detrás de límites del campo, especialmente cuando el fuego ha disparado los episodios de erosión.
Fuentes de sedimentos en suspensión
La identificación de la fuente de sedimentos en suspensión en corrientes y ríos es una parte importante de muchos estudios hidrológicos y programas de administración de aguas. La susceptibilidad magnética es utilizada para identificar las contribuciones de tributarios individuales y de terrenos de origen específicos, tales como cubiertas de suelo y bancos de canal. Utilizando el sensor MS2G, la susceptibilidad magnética puede ser medida directamente en pequeñas muestras de sedimento desecado (frecuentemente < 1 g) de filtros de papel, antes de análisis posteriores.
Movimientos de sedimentos de lechos
Varios métodos para seguir el movimiento de sedimentos de lechos involucran la susceptibilidad magnética. Las mediciones pueden identificar directamente la proveniencia del material del lecho en dónde los contrastes geológicos a través del cauce del río son fuertes. Como alternativa, la susceptibilidad magnética de algún material de lecho débilmente magnético, como pizarras y esquistos, pueden ser realzados magnéticamente mediante quemado en un horno. Después de retornar el sedimento a la corriente, se pueden utilizar las sondas MS2D y MS2F para comprobar el pasaje corriente abajo del material realzado magnéticamente. De forma similar, guijarros o cantos rodados individuales pueden ser implantados con un pequeño imán o esfera de metal, para hacerlos magnéticamente visibles. Estos métodos han sido modificados y aplicados a otros sistemas de sedimentos, particularmente al movimiento de sedimentos de playas y dunas.
Sedimentos marinos y lacustres
La susceptibilidad magnética está siendo usada cada vez mas para registrar los principales cambios estratigráficos en núcleos de sedimentos marinos profundos, utilizando el sensor MS2C. Mediciones no destructivas sobre submuestras, junto con otros análisis, dan información sobre la importancia de la deriva de hielos y fuentes cambiantes de sedimentos a través de los períodos glaciar e interglaciar del Cuaternario. Los registros de susceptibilidad han sido centrales en el debate sobre la relación entre el cambio climático y el campo geomagnético de la Tierra y ahora están haciendo fuertes contribuciones a la comprensión de las relaciones entre océano y clima. Muchos estudios de sedimentos de lagos y embalses han utilizado la susceptibilidad magnética para reconstruir la historia de la erosión, el quemado, la contaminación atmosférica (ver mas abajo) y el clima y ayudar en la correlación de núcleos (ver mas abajo). La presencia de magnetosomas bacterianos puede ser frecuentemente identificada por susceptibilidad magnética. A menudo las mediciones son utilizadas junto con análisis de química, microfósiles o radioisótopos para identificar las energías erosivas en el pasado, los períodos de acumulación de magnetosomas o disolución mineral, las fuentes de material erosionado y para inferir condiciones paleohidrológicas y paleoclimas.
Correlación de núcleos
La correlación de capas sincrónicas entre núcleos de sedimentos de la misma cuenca es frecuentemente un aspecto muy importante de un estudio, para determinar cambios en la estratigrafía y en la acumulación de sedimentos y dónde los niveles de sedimentos tienen que ser combinados para análisis posterior. Un registro producido rápidamente de la susceptibilidad en volumen, utilizando el sensor MS2C, es uno de los mejores medios para la correlación de núcleos en sedimentos de lagos y embalses, sedimentos oceánicos y hasta en algunas turberas; la medición de la susceptibilidad en volumen in situ ocupa solo unos pocos minutos por metro de núcleo. El sensor MS2E1 ha sido usado en campo para registrar características estratigráficas finas causadas por turbidez y grumosidad. Los registros de susceptibilidad son frecuentemente el primer paso en el cartografiado de la acumulación de sedimento. Las cenizas volcánicas son a veces altamente magnéticas y han sido identificadas por mediciones de susceptibilidad en turba y sedimentos de lagos y océanos. En Papua Nueva Guinea fueron utilizadas para correlacionar y datar secuencias de sedimentos en lagos de cráteres.
Granulometría
In algunas situaciones la susceptibilidad es una medida rápida del tamaño de partícula de una muestra. En muestras alteradas por el clima los minerales magnéticos tienden a tener el tamaño de partícula mas próximo a sus dimensiones de cristal y este tamaño de sedimento tendrá normalmente el valor mas alto de susceptibilidad. Si se conoce la susceptibilidad de las distintas fracciones dentro de una muestra, la información puede ser aplicada a otras muestras en bruto para determinar cambios relativos en el tamaño de partícula. La susceptibilidad magnética es bastante constante con el tamaño de dominio (zonas de orden magnético) de las magnetitas y minerales ferromagnéticos similares, pero es aproximadamente el doble de fuerte en magnetitas y maghemitas superparamagnéticas ultrafinas comúnmente encontradas en las cubiertas de suelos.
Tejidos de sedimentos
Las mediciones de susceptibilidad de sedimentos asumen que los minerales magnéticos en la muestra están mas o menos aleatoriamente orientados. En algunos sedimentos los minerales magnéticos se depositarán como parte de un tejido sedimentario fuertemente orientado, que da lugar a diferentes valores de susceptibilidad a lo largo de diferentes ejes. Este fenómeno de anisotropía se utiliza en estudios paleohidrológicos para reconstruir la dirección de paleocorrientes. El medidor MS2 y el sensor MS2B se pueden utilizar para medir susceptibilidad anisotrópica fácil y rápidamente con la adición del paquete de software AMS-BAR.
Contaminación urbana
Muchas emisiones, particularmente del quemado del carbón, contiene finas partículas ricas en hierro que son altamente magnéticas. Por lo tanto la susceptibilidad magnética del material contaminante puede dar una visión general del grado de contaminación. La flexibilidad del sistema MS2 significa que exploraciones de reconocimiento de la contaminación pueden ser realizadas en campo, por ejemplo midiendo paredes contaminadas en ciudades, superficies de suelo cerca de autopistas y sedimentos urbanos tales como polvos de zonas de recreo. De esta forma los niveles de contaminación pueden ser cartografiados y estudiados antes de hacer análisis químicos mas caros y largos. También el sistema MS2 ha ayudado a localizar la extensión a favor del viento de la contaminación de centrales eléctricas de combustible fósil y las distancias desde autopistas a partir de las que disminuyen los depósitos de las emisiones de los automóviles.
Algunos estudios recientes han sugerido que la susceptibilidad puede ser utilizada como un indicador para propiedades químicas y niveles de hidrocarburos carcinógenos. Un estudios de suelos del Reino Unido utiliza solamente mediciones de susceptibilidad magnética para identificar cubiertas de suelo contaminadas por partículas del quemado de combustible fósil.
Contaminación fluvial y marina
Los lechos y el sedimento suspendido en los ríos frecuentemente contiene residuos y partículas de contaminación metálicos de drenajes de tormentas y vertidos industriales. Los análisis magnéticos de los sedimentos en el campo utilizando las sondas MS2D y MS2F, o en el laboratorio, puede ayudar a identificar dónde se concentra la contaminación dentro de una sección del río y las fuentes puntuales específicas de la contaminación. Mediciones de la susceptibilidad de sedimentos superficiales en entornos marinos, tan diversos como pequeños puertos y la cuenca mediterránea, han mostrado localizar efectivamente las concentraciones de contaminación y los aportes relativos de diferentes corrientes o ríos.
Historia de la contaminación
Los estudios magnéticos de secuencias de sedimentos de turberas, lagos, embalses y océanos pueden proporcionar un registro histórico del depósito atmosférico de partículas magnéticas. En estudios de la lluvia ácida de los lagos de las tierras altas en Gran Bretaña, Norteamérica y Escandinavia, las mediciones magnéticas de los sedimentos han sido utilizadas para indicar cuándo comenzó la industrialización y las siguientes tendencias de la contaminación atmosférica. Si la susceptibilidad se usa con otros análisis, hay la posibilidad de distinguir entre diferentes fuentes a través del tiempo.
Erosión eólica y cenizas volcánicas
No todos los polvos atmosféricos son derivados de procesos y emisiones industriales. Condiciones del tiempo y el clima, fuegos y la actividad volcánica, contribuyen al tipo y cantidad de polvo en cualquier lugar y las mediciones magnéticas pueden jugar un papel importante para distinguir entre fuentes. Los fuegos forestales, por ejemplo, pueden causar que la superficie del suelo se resalte magnéticamente. Los polvos de fuegos de vegetación pueden a menudo ser identificados por su relativamente fuerte susceptibilidad dependiente de la frecuencia, la cual es medida en el sensor de doble frecuencia MS2B. Algunos estudios de sedimentos lacustres han usado este enfoque para reconstruir la historia de fuegos forestales de la zona.
Aún en la ausencia de fuegos, la susceptibilidad magnética puede ser capaz de distinguir entre diferentes tipos de suelos y los polvos desprendidos de ellos por la erosión eólica. Por ejemplo, en el Caribe, las mediciones magnéticas fueron utilizadas para distinguir entre el transporte a larga distancia de polvos saharianos y fuentes mas próximas de polvo. Han sido localizadas capas de cenizas volcánicas en núcleos de sedimentos lacustres de Papua Nueva Guinea y Norteamérica, mediante el uso del sensor por barrido para núcleos MS2C. En algunos lugares se pueden usar "huellas dactilares" magnéticas para atribuir la ceniza a una erupción específica.
Prospección de minerales
Un sistema separado de susceptibilidad en pozos, el BSS-02A, está disponible para prospección de minerales y correlación estratigráfica hasta profundidades de 6.000 metros.
Textos generales
Reseñas
Artículos claves
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Actualizada: 30 Oct 03