Anomalía magnética
# Anomalía magnética

En geofísica, una anomalía magnética es una variación local del campo magnético terrestre resultante de variaciones en la química o el magnetismo de las rocas. La cartografía de la variación en una zona es valiosa para detectar estructuras ocultas por el material suprayacente. La variación magnética (inversiones geomagnéticas) en bandas sucesivas del fondo oceánico paralelas a las dorsales oceánicas centrales fue una prueba importante de la propagación del fondo marino, un concepto fundamental para la teoría de la tectónica de placas.

## Medición

Las anomalías magnéticas suelen ser una pequeña fracción del campo magnético. El campo total oscila entre 25.000 y 65.000 nanoteslas (nT). Para medir las anomalías, los magnetómetros necesitan una sensibilidad de 10 nT o menos. Existen tres tipos principales de magnetómetros utilizados para medir anomalías $magnéticas.^{:162-164}^{:77-79}$

El magnetómetro de puerta de flujo se desarrolló durante la Segunda Guerra Mundial para detectar $submarinos.^{:75}$ Mide la componente a lo largo de un eje concreto del sensor, por lo que necesita estar orientado. En tierra suele orientarse verticalmente, mientras que en aviones, barcos y satélites suele orientarse de modo que el eje esté en la dirección del campo. Mide el campo magnético de forma continua, pero deriva con el tiempo. Una forma de corregir la deriva es realizar mediciones repetidas en el mismo lugar durante el $sondeo^{:163-165}^{:75-77}$

El magnetómetro de precesión de protones mide la intensidad del campo, pero no su dirección, por lo que no es necesario orientarlo. Cada medición dura un segundo o más. Se utiliza en la mayoría de las prospecciones del terreno, excepto en sondeos y prospecciones con gradiómetros de alta $resolución:^{163-165}^{:77-78}$

Los magnetómetros de bombeo óptico, que utilizan gases alcalinos (más comúnmente rubidio y cesio) tienen altas frecuencias de muestreo y sensibilidades de 0,001 nT o menos, pero son más caros que los otros tipos de magnetómetros. Se utilizan en satélites y en la mayoría de los estudios $aeromagnéticos^{:78-79}$

## Adquisición de datos

### En tierra

En los sondeos terrestres, las mediciones se realizan en una serie de estaciones, normalmente separadas entre sí entre 15 y 60 metros. Normalmente se utiliza un magnetómetro de precesión de protones que suele estar montado en un poste. La elevación del magnetómetro reduce la influencia de los pequeños objetos ferrosos desechados por el hombre. Para reducir aún más las señales no deseadas, los topógrafos no llevan objetos metálicos como llaves, cuchillos o brújulas, y se evitan objetos como vehículos de motor, vías de ferrocarril y alambradas. Si se pasa por alto algún contaminante de este tipo, puede aparecer como un pico agudo en la anomalía, por lo que estos elementos se tratan con recelo. La principal aplicación de las prospecciones terrestres es la búsqueda detallada de $minerales^{:16}$

### Aeromagnético

Los estudios magnéticos aerotransportados se utilizan a menudo en prospecciones petrolíferas para obtener información preliminar para los estudios sísmicos. En algunos países, como Canadá, las agencias gubernamentales han realizado estudios sistemáticos de grandes zonas. La prospección suele consistir en realizar una serie de recorridos paralelos a una altura constante y con intervalos de entre cien metros y varios kilómetros. Estos recorridos se cruzan ocasionalmente con líneas de enlace, perpendiculares a la prospección principal, para detectar errores. El avión es una fuente de magnetismo, por lo que los sensores se montan en un brazo (como en la figura) o se remolcan con un cable. Los sondeos aeromagnéticos tienen una resolución espacial menor que los sondeos terrestres, pero esto puede ser una ventaja para un sondeo regional de rocas más $profundas^{:166}^{:81-83}$

### A bordo de buques

En los sondeos a bordo de buques, se remolca un magnetómetro unos cientos de metros detrás del barco en un dispositivo denominado "pez". El sensor se mantiene a una profundidad constante de unos 15 m. Por lo demás, el procedimiento es similar al utilizado en los sondeos $aeromagnéticos^{:167}^{:83}$

### Nave espacial

El Sputnik 3 de 1958 fue la primera nave espacial en llevar un $magnetómetro^{:155}$ En el otoño de 1979, el Magsat fue lanzado y operado conjuntamente por la NASA y el USGS hasta la primavera de 1980. Contaba con un magnetómetro escalar de vapor de cesio y un magnetómetro vectorial fluxgate. CHAMP, un satélite alemán, realizó mediciones precisas de la gravedad y el magnetismo entre 2001 y 2010 Un satélite danés, Ørsted, se lanzó en 1999 y sigue en funcionamiento, mientras que la misión Swarm de la Agencia Espacial Europea consiste en una "constelación" de tres satélites que se lanzaron en noviembre de 2013.

## Reducción de datos

Las mediciones magnéticas requieren dos correcciones principales. La primera consiste en eliminar las variaciones a corto plazo del campo procedentes de fuentes externas; por ejemplo, las variaciones diurnas que tienen un periodo de 24 horas y magnitudes de hasta 30 nT, probablemente procedentes de la acción del viento solar sobre la $ionosfera.^{:72}$ Además, las tormentas magnéticas pueden tener magnitudes pico de 1000 nT y pueden durar varios días. Su contribución puede medirse volviendo repetidamente a una estación base o disponiendo de otro magnetómetro que mida periódicamente el campo en un lugar $fijo^{:167}$

En segundo lugar, dado que la anomalía es la contribución local al campo magnético, hay que restarle el campo geomagnético principal. Para ello se suele utilizar el Campo Geomagnético Internacional de Referencia. Se trata de un modelo matemático a gran escala y promediado en el tiempo del campo terrestre basado en mediciones de satélites, observatorios magnéticos y otros $estudios^{:167}$

Algunas correcciones necesarias para las anomalías gravitatorias son menos importantes para las anomalías magnéticas. Por ejemplo, el gradiente vertical del campo magnético es de 0,03 nT/m o menos, por lo que generalmente no es necesaria una corrección de $elevación:^{167}$

## Interpretación

### Contexto teórico

Susceptibilidades magnéticas de rocas y minerales $comunes^{:74}$ :

| Tipo | Susceptibilidad ($\times 10^{-3}$ SI) |
| - | - |
| Sedimentario ||
| Calizas | 0-3 |
| Areniscas | 0-20 |
| Shale | 0.01-15 |
| Ígneas ||
| Basalto | 0.2-175 |
| Gabro | 1-90 |
| Granito | 0-50 |
| Riolita | 0.2-35 |
| Metamórfico ||
| Gneis | 0.1-25 |
| Serpentina | 3-17 |
| Pizarra | 0-35 |
| Minerales ||
| Grafito | 0.1 |
| Cuarzo | -0.01 |
| Carbón | 0.02 |
| Arcillas | 0.2 |
| Pirrotita | 1-6000 |
| Magnetita | 1200-19200 |

La magnetización en la roca estudiada es la suma vectorial de la magnetización inducida y remanente:

    $\mathbf {M} =\mathbf {M} _{\text{i}}+\mathbf {M} _{\text{r}}.$

La magnetización inducida de muchos minerales es el producto del campo magnético ambiente y su susceptibilidad magnética. χ:

    $\mathbf {M} _{\text{i}}=\chi \mathbf {H} .$

En la tabla se indican algunas susceptibilidades.

Los minerales que son diamagnéticos o paramagnéticos sólo tienen una magnetización inducida. Los minerales ferromagnéticos, como la magnetita, también pueden tener una magnetización remanente o remanencia. Esta remanencia puede durar millones de años, por lo que puede estar en una dirección completamente distinta a la del campo terrestre actual. Si existe remanencia, es difícil separarla de la magnetización inducida, a menos que se midan muestras de la roca. La relación de las magnitudes, Q = $M_r/M_i,$ se denomina relación de $Koenigsberger.^{:172-173}$

### Modelización de anomalías magnéticas

La interpretación de las anomalías magnéticas se suele realizar cotejando los valores observados y modelados del campo magnético anómalo. Un algoritmo desarrollado por Talwani y Heirtzler(1964) (y profundizado por Kravchinsky, 2019) trata tanto las magnetizaciones inducidas como las remanentes como vectores y permite la estimación teórica de la magnetización remanente a partir de las trayectorias de vagabundeo polar aparente existentes para diferentes unidades tectónicas o continentes.

## Aplicaciones

### Franjas del fondo oceánico

Los estudios magnéticos sobre los océanos han revelado un patrón característico de anomalías en torno a las dorsales oceánicas. Se trata de una serie de anomalías positivas y negativas en la intensidad del campo magnético, que forman franjas paralelas a cada dorsal. A menudo son simétricas con respecto al eje de la dorsal. Las franjas suelen tener decenas de kilómetros de ancho y las anomalías son de unos cientos de nanoteslas. La fuente de estas anomalías es principalmente la magnetización permanente transportada por los minerales de titanomagnetita del basalto y los gabros. Se magnetizan cuando se forma la corteza oceánica en la dorsal. A medida que el magma asciende a la superficie y se enfría, la roca adquiere una magnetización termoremanente en la dirección del campo. A continuación, el movimiento de las placas tectónicas aleja la roca de la dorsal. Cada cientos de miles de años, la dirección del campo magnético se invierte. Así pues, el patrón de rayas es un fenómeno global y puede utilizarse para calcular la velocidad de propagación del fondo marino.

## En la ficción

En la serie Odisea espacial, de Arthur C. Clarke, los extraterrestres dejan una serie de monolitos para que los encuentren los humanos. Uno de ellos se encuentra cerca del cráter Tycho por su campo magnético anormalmente potente y recibe el nombre de Anomalía Magnética Tycho 1 (TMA-1). Uno en órbita alrededor de Júpiter recibe el nombre de TMA-2, y otro en la garganta de Olduvai se encuentra en 2513 y se denomina retroactivamente TMA-0 porque fue encontrado por primera vez por los humanos primitivos.

