Electromagnetismo asociado a fenómenos geológicos litosfericos

Electromagnetismo asociado a fenómenos geológicos
litosfericos corticales: Sismos y Volcanes
Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá
Facultad de Ciencias
Departamento de Geociencias
Juan David Rodríguez Rincón
Cód. 142583
Mayo de 2010
Resumen
En el siguiente trabajo se hará una exposición de relaciones entre fenómenos
geológicos, como sismos y actividad volcánica, y fenómenos electromagnéticos.
Estudios de diversas fuentes y lugares, afirman que esta relación es estrecha y que
puede contribuir al entendimiento electromagnético de estos fenómenos, y a la
predicción de eventos sísmicos. Finalmente se introducirá el método Magnetotelúrico,
su interpretación y congruencia con lo previamente expuesto.
Abstract
In the following paper the relation between geological phenomena, such as
earthquakes and volcanic activity, and electromagnetic phenomena are to be shown.
Studies from different sources and places ensure that this relation is tight and that it
can contributes on the understanding of their electromagnetic behavior, and the
prediction of seismic events. The Magnetotelluric method will be introduce, as its
interpretation and sharing points with the rations shown previously.
Introduccion
Las propiedades físicas de los
materiales que se encuentran en las
capas internas de la tierra son muy
diversas, y para cada una de ellas se
han inventado métodos de análisis con
el fin de estudiar y descubrir esta
composición. Dos de estos métodos
son el magnético y el eléctrico, este
ultimo dividido en diferentes facetas,
cada una con un fin investigativo
diferente.
En el método magnético, el objetivo es
detectar
zonas
con
anomalías
magnéticas con respecto a el
magnetismo terrestre, que entre otras
razones, sobretodo se deben a la
abundancia
de
materiales
ferromagnéticos en al área, lo que
ayuda a la ubicación de estructuras
minerales.
En cuanto al método eléctrico, el
análisis se centra en propiedades como
el potencial natural eléctrico de los
elementos,
la
conductividad,
permeabilidad y permitividad. La
resistividad de los materiales es
estudiada también de manera eléctrica,
buscando patrones resistivos en
campos limitados por electrodos. De
manera conjunta, se hacen estudios
electromagnéticos, generando ondas
en la corteza que luego son recibidas y
analizadas para determinar presencia
de aguas subterráneas o minerales.
Los resultados de este tipo de estudios
pueden verse alterados por diferentes
agentes, como el “ruido” en el caso de
las pruebas magnéticas, pero serán
objeto de estudio solamente aquellas
relacionadas a variaciones y anomalías
previas o subsecuentes a eventos
geológicos de tipo sísmico o volcánico.
Electromagnetismo
sísmicos
en
eventos
El
fenómeno
electromagnético
asociado a actividad sísmica tiene lugar
en un rango de bandas de frecuencia
desde ULF (Ultra Low Frequency)
hasta VHF (Very high frequency),
donde se encuentran emisiones desde
el lugar de origen del terremoto y por
transmisión
de
ondas
electromagnéticas.
Para las investigaciones en sísmica, el
comportamiento de las frecuencias mas
bajas es primordial en los estudios, ya
que es a estas frecuencias que se
generan cambios significativos y
dicientes, que se pueden asociar a
eventos sísmicos, bien porque sean
parageneticos con el sismo, o porque
se emitan en el momento en que la
onda sísmica es registrada. Una de las
relaciones mas estudiadas en este
sentido fue establecida en Japón, en un
evento sísmico de Kobbe del 95, donde
la actividad sísmica regional era
proporcional al nivel de anomalías
registradas en bandas ULF.
En la Figura 1, se encuentra la
distribución espacial de las diferentes
frecuencias que se registraron para
este evento sísmico, todas previas a
este, y su comportamiento normal. En
el registro, todas las graficas muestran
un comportamiento normal de las
ondas, pero aproximadamente en el
mismo lapso de tiempo se generan
picos abruptos para cada banda,
coincidiendo con la manifestación
sísmica, la ruptura de la roca en
profundidad.
Gracias a los resultados de diversos
análisis electromagnéticos, se pudo
establecer un esquema que encontraba
la probabilidad de ocurrencia de una
onda, junto con el fracturamiento de la
roca, con respecto al tiempo, y la
generación de un terremoto, como
muestra la Grafica 1, mostrando que
un tiempo determinado, antes de que
ocurra
el
sismo,
las
ondas
electromagnéticas encuentran un pico
positivo en la grafica.
Grafica 1
Magnetismo en eventos volcánicos
Diferentes autores han reportado
cambios en el campo magnetico
terrestre en zonas cercanas a entes
volcánicos que ademas han sido
precursoras de eventos provenientes
de el individuo. Los cambios en el
comportamiento del campo magnetico
se pueden deber a fenómenos como la
desmagnetización/remagnetización
termal debido a la temperatura (efecto
termomagnético),
a
efectos
piezomagnéticos debidos a la tensión
(estrés), a movimientos cinéticos de
rocas ígneas, a cambios químicos de
minerales magnéticos y a efectos
electrocíneticos debidos a flujo de agua
subterránea.
Uno de los procesos mas importantes
esta asociado con la naturaleza del
magma, que a medida que asciende
por la camara magmatica, va perdiendo
minerales en su composición, debido a
que estos cristalizan a diferentes
temperaturas y presiones. Gracias a
esto, cada vez que un componente
ferromagnetico del magma se cristaliza
y deja de hacer parte de este, se suma
cierta cantidad al campo magnetico
local, y se le resta al magma. Según
esto, los volcanes basaltitos, de
composición
basica,
donde
el
porcentaje de silice en el magma es
muy alto, es donde mas se presenta la
cristalizacion
de
material
ferromagnetico,
siendo
volcanes
fuertemente
magneticos.
Por
la
naturaleza del magma, este tipo de
Figura 1
volcanes es uno de los mas violentos y
peligrosos.
El instrumento que mide estas
variaciones se llama magnetometro, y
para cada cuerpo volcanico se pueden
ubicar entre 5 y 10, o incluso mas
magnetometros para su monitoreo, que
arroja cifras del orden de 10-9 T.
consiguiente menor intensidad de
campo magnético. Diferentes
monitoreos a distintas distancias de un
volcán, generan registros con
contrastes diferentes frente al cambio
del campo. De esa manera, se
encuentran registros en el limite de el
cráter volcánico, que debido a que
toman datos de la columna
estratigráfica bajo ellos, no involucran
el bajo campo magmático, pero si los
minerales ferromagnesianos que
cristalizaron en las paredes de la
cámara magmática y que hacen parte
de la columna. Los magnetometos
ubicados alli generan grandes
contrastes del campo magnetico,
debido a la contribución que tiene de la
cámara (efectos termomagnéticos),
tiene el asociado a la tensión (efectos
piezomagnéticos) que se ejerce
en las zonas de debilidad de la caldera
al entrar una cámara magmática.
Metodo magnetotelurico (MT)
Grafica 2
Vemos en este grafico que las
fluctuaciones en el campo magnetico
son muchos mas grandes a mayor
distancia, mostrando menor intensidad
del campo magnetico cerca al volcan.
Esto coresponde temporalmente a el
momento o los dias previos a la
erupcion del volcan, donde el magma
que ha ascendido se ha
desmagnetizado progresivamente y
sube por entre las rupturas de las rocas
preexistentes y el conducto magmatico,
haciendo que la mayor area sea
ocupada por un material de baja
presencia ferromagnesiana, y por
Los métodos de resistividad eléctrica
se basan en la tendencia que tienen las
rocas para permitir el paso de corriente
eléctrica. Esto depende de varias
propiedades, pero principalmente de la
mineralogía y de propiedades externas
como son la presión, temperatura y
presencia de soluciones salinas.
El
metodo
magnetotelurico es usado para el
estudio de estruturas litosfericas, y la
estructura electroresistiva de la tierra.
Esta
basado
en
mediciones
simultáneas en la superficie de las
variaciones temporales de los campos
eléctrico y magnético, que permiten
obtener estimaciones de la distribución
litosférica de la resistividad eléctrica. La
fuente de poder de este metodo esta
en
el
campo
electromagnetico
generado en la ionosfera terrestre, que
se da por la interaccion del campo
geomagnetico, producido por celdas de
convección al interior del manto
terrestre, y el viento solar. El
instrumental de MT consiste en un
equipo receptor con una interfaz para la
adquisición y procesamiento de datos,
bobinas receptoras y electrodos y
cables. Los electrodos reciben las
señales eléctricas, mientras que las
bobinas
detectan
los
campos
magnéticos
generados
por
las
corrientes telúricas en profundidad.
Para detectar las resistividades, los
equipos utilizan las componentes
ortogonales de estos campos.
Las mediciones de este instrumento
compaginan con las de métodos
discutidos previamente, generando
alternancias y diferencias frente a la
fenomenologia litosférica, ya que sus
lecturas se alteraran bajo condiciones
de esfuerzos y fracturamiento, y
pueden ser utilizadas en conjunto para
el estudio de actividad sísmica y
volcánica.
las asociaciones y comportamientos
previos a la actividad sísmica, pueden
indicar una pronta actividad en el area,
y su monitoreo y estudio deben ser
prioritarios en zonas con gran actividad
sísmica.
De igual manera, siempre es necesario
tener en cuenta que las fuentes de
fluctuaciones electromagnéticas son
muy diversas, y no es posible predecir
exactamente un terremoto con el
registro de una fluctuación fuerte en
una onda.
Bibliografía
http://secre.ssn.unam.mx/SSN/Doc/Pre
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http://www.ugm.org.mx/pdf/geos012/Romo-Jones01-2.pdf
http://www.searchanddiscovery.net/doc
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Referencias
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López
Loera,
Jaime
Urrutia
Fucugauchi. Revista Geofisica 58, 2003
Conclusiones
La predicción de eventos sísmicos
fuertes es un campo que aun puede
combinar diferentes disciplinas e
instrumentos para poder aumentar en
efectividad
y
confiabilidad.
El
electromagnetismo se presenta como
una gran herramienta dentro de los
asuntos por estudiar en los cambios
terrestres,
mostrando
diferentes
comportamientos a lo largo de eventos
geológicos importantes, y los métodos
de medición empleados para los
campos eléctrico y magnéticos, y su
mejoramiento, son fundamentales en el
progreso y avance de otros asuntos
cientificos.
La ondas electromagnéticas son un
caracterizador aproximado en las
manifestaciones de la litosfera, ya que
“Por qué estudiar señales
electromagnéticas durantes
sismos?”A.L. Cruz-Abeyro, R. Pérez
Enríquez,
R. Zúñiga, A. Kotsarenko. Revista
Geofisica 60, 2004
“Comment on ‘‘Modeling Low-frequency
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geophys. 162 (2005)
“Efecto del campo magnetico sobre la
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neutra localizada en un sistema ideal
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Fisica, VOL.39, No.2, 2007