Propiedades magnéticas de las arenas recientes de la Bahía de

Universidad Complutense de Madrid
Propiedades magnéticas de las
arenas recientes de Portmán,
Murcia
Máster en Geofísica y Meteorología
Curso 2012 - 2013
Alumna: Clara Gómez García
Tutora: Fátima Martín Hernández
Propiedades magnéticas de las arenas recientes de
Portmán, Murcia
Trabajo Fin de Máster llevado a cabo dentro del Programa Oficial de
Posgrado, Máster en Geofísica y Meteorología impartido por los
departamentos de Física de la Tierra, Astronomía y Astrofísica I
(Geofísica y Meteorología) (Astronomía y Geodesia) y II (Astrofísica y
Ciencias de la Atmósfera), de la Facultad de Ciencias Físicas de la
Universidad Complutense de Madrid.
Clara Gómez García
Dirigido por la Doctora:
Fátima Martín Hernández
Índice
1
Introducción..................................................................................................................................................1
1.1
Zona de estudio ..................................................................................................................................1
1.2
Historia minera de la zona .............................................................................................................2
2
Marco geológico...........................................................................................................................................4
3
Conceptos básicos .......................................................................................................................................5
4
5
3.1
Propiedades magnéticas de la materia .....................................................................................5
3.2
Dominios magnéticos ......................................................................................................................7
3.3
Minerales magnéticos ......................................................................................................................8
Materiales y Metodología ........................................................................................................................9
4.1
Materiales .............................................................................................................................................9
4.2
Metodología ...................................................................................................................................... 10
4.2.1
Ciclos de histéresis ............................................................................................................... 11
4.2.2
Medidas de adquisición de la IRM y back-field IRM ................................................ 12
4.2.3
Representación de los parámetros de histéresis, el diagrama de Day ............ 13
4.2.4
Análisis del espectro de coercitividad de la IRM ...................................................... 13
4.2.5
Susceptibilidad magnética a bajo campo .................................................................... 14
4.2.6
Curvas termomagnéticas ................................................................................................... 15
4.2.7
Desimanación térmica de componentes ortogonales de la IRM ........................ 15
4.2.8
Microscopía electrónica de barrido (SEM) ................................................................. 16
Resultados .................................................................................................................................................. 17
5.1
Ciclos de histéresis......................................................................................................................... 17
5.2
Medidas de adquisición de la IRM y back - field IRM........................................................ 20
5.3
Representación de los parámetros de histéresis, el diagrama de Day ...................... 21
5.4
Análisis del espectro de coercitividad de la IRM ............................................................... 22
5.5
Susceptibilidad magnética a bajo campo .............................................................................. 25
5.6
Curvas termomagnéticas ............................................................................................................. 26
5.7
Desimanación térmica de componentes ortogonales de la IRM .................................. 27
5.8
Microscopía electrónica de barrido (SEM)........................................................................... 28
6
Discusión ..................................................................................................................................................... 29
7
Conclusiones y perspectivas de futuro ............................................................................................ 34
Agradecimientos ................................................................................................................................................ 36
Referencias........................................................................................................................................................... 36
1
1.1
Introducción
Zona de estudio
La Bahía de Portmán (Figura 1), junto al pueblo del mismo nombre, se encuentra en
la provincia de Murcia al sureste de España, en el municipio de La Unión. Se trata de una
zona (Distrito Minero de Cartagena – La Unión) en la que las actividades mineras han
constituido durante más de dos mil años la actividad económica más importante con la
extracción por parte de fenicios, romanos y españoles de plata, plomo, cinc, cobre, estaño,
hierro y manganeso [Oen et al., 1975; Conesa et al., 2008]. La Bahía pertenece al litoral
Mediterráneo estando a los pies de la Sierra minera de Cartagena – La Unión que atraviesa
el Distrito Minero de Este a Oeste de forma paralela al Mar Mediterráneo a lo largo de 25
km entre Cartagena y el Cabo de Palos. Al Norte de Portmán se encuentra la máxima altura
de la sierra, el cerro de Sancti Spiritu de 434 metros de altitud. La zona se caracteriza por
un clima mediterráneo semiárido con una precipitación media anual de 275 mm que se
concentra en las estaciones de primavera y otoño mientras que la temperatura media
anual es de 17°C [Jiménez-Cárceles, 2006].
Figura 1. Localización de la Bahía de Portmán (puntero blanco y negro) en la península
ibérica. Fuente: Google Earth.
El Distrito Minero de Cartagena – La Unión es el principal distrito minero de la región y
cubre una extensión de 10 5 km en dirección Noreste-Suroeste contando con uno de los
depósitos de mineral Pb – Zn de mayor densidad de España [López-García et al., 2011].
~1~
Como consecuencia de la elevada actividad minera a lo largo de los siglos en esta región,
las zonas circundantes a la Sierra de Cartagena han sufrido transformaciones
geomorfológicas mostrando pilas de desechos y pozos, así como de balsas de estériles, que
se extienden a lo largo de muchos kilómetros. A raíz de la intensa explotación de la zona
llevada a cabo desde mediados del siglo XX, la Bahía de Portmán ha sido la más afectada,
llegando a desaparecer en pocas décadas (Figura 2) debido a los más de 57 millones de
toneladas de estériles de flotación (llamados colas) del Lavadero Roberto arrojados al mar
directamente, de los cuales, 30 millones fueron devueltos por las corrientes y el viento
llenando la Bahía (con más de 10 metros de profundidad en el centro, en un principio) y el
resto fue depositado en la plataforma continental [Martos-Miralles et al., 2001]. El
Lavadero Roberto era el lavadero de flotación diferencial más grande de Europa en la
época en que permaneció activo y era el lugar al que iban a parar los minerales extraídos
de las distintas minas, conectadas con el lavadero mediante el túnel José Maestre, para
retirar las impurezas mediante un proceso de batido de los minerales tratados con aire y
reactivos químicos. La línea de costa de la Bahía ha retrocedido un kilómetro,
aproximadamente. Las consecuencias no se reducen únicamente a cambios
geomorfológicos, se trata de un grave problema medioambiental. Se ha encontrado que la
contaminación de la superficie y las aguas subterráneas de zonas adyacentes las hace
inadecuadas para el riego y para beber [Robles-Arenas et al., 2006], y, la flora y la fauna
también se ha visto afectada por la contaminación. Además, es común la aparición de
aguas ácidas tras las lluvias en las calles de pueblos cercanos y existe el riesgo de que las
colas de las minas cercanas a zonas urbanas se desplomen como consecuencia de su débil
estabilidad estructural [Conesa et al., 2008]. Por otra parte, la Bahía de Portmán presenta
elevadas concentraciones de metales como plomo, cobre, cinc, cadmio o mercurio
[Martínez Orozco et al., 1993; García et al., 2003] así como de sulfuro y óxidos de hierro.
Figura 2. Vista aérea de la Bahía de Portmán, en 1956 (izquierda) y 2009 (derecha). Figura
modificada a partir de López Ortiz, 2011.
Con este trabajo se pretende caracterizar la señal magnética, tipos de minerales,
características físico-químicas, propiedades magnéticas y concentración a lo largo de la
playa de los minerales magnéticos depositados en la Bahía a consecuencia de su
colmatación.
1.2
Historia minera de la zona
Toda la zona circundante a la Bahía de Portmán ha estado sujeta a la explotación
minera desde antes del Imperio Romano (27 a. C – 476 d. C.) hasta 1991, cuando la
actividad cesó.
~2~
La historia minera de la región se remonta a la época de los íberos y continúa con los
fenicios y cartagineses. La Sierra fue muy explotada por su plomo y plata. En este sentido,
el control de estos recursos minerales fue una de las principales causas para el
establecimiento de los cartagineses en esta región (siglo III a. C.), y la ocupación romana
posterior (siglo II a. C.). La antigua Cartago-Nova (actual Cartagena) fue una de las
ciudades romanas más importantes de la antigua Hispania. Los romanos mejoraron la
extracción de hierro, plomo y plata. La actividad extractiva romana era tan intensa que,
después de su caída, se utilizaron los residuos generados durante siglos como fuente de
minerales. Después de la decadencia romana, la actividad minera disminuyó, entre otras
razones, debido a la despoblación de la región, pero un bajo nivel de actividad se mantuvo
en los siglos siguientes [Conesa et al., 2008; Oyarzun et al., 2013].
La minería vuelve a retomar importancia en esta región a mediados del siglo XIX, cuando
el distrito se llega a convertir en uno de los principales productores de Pb – Zn del mundo
ya que esta época supuso un punto de inflexión debido a algunas disposiciones oficiales
que favorecían la actividad minera, como la Ley de Minas de 1825 de Fausto de Elhuyar,
que permite las explotaciones mineras sin licencia real, y el decreto ley que prohíbe la
exportación de mineral bruto, promoviendo la industria metalúrgica nacional. El
desarrollo de la minería del plomo en las cuencas de Almería y el descubrimiento en 1839
del filón El Jaroso en Sierra Almagrera, sirvieron de aliciente para el despegue de la
minería murciana. Además, en ese mismo año, comienza la explotación de la Mina Cabezo
Rajao que aprovechaba las terreras romanas, sin embargo, hacia 1846 se van a agotando
las viejas terreras romanas más ricas y comienza la explotación de los carbonatos de
plomo y sulfuros. Todo esto, junto con el desarrollo de la metalurgia, el desarrollo
tecnológico (cabe destacar la introducción de máquinas de vapor en 1866) y las nuevas
técnicas de fundición, provocó un boom de la actividad minera en el sudeste de España,
que se basaba en una gran cantidad de pequeñas explotaciones en galerías subterráneas y,
con el desarrollo de la industria, se empezó a explotar también cinc y hierro [Manteca
Martínez et al., 2005; Conesa et al., 2008]. Este periodo que arrancó en 1839 se caracteriza
por el auge y la consiguiente decadencia, debida a la incapacidad de respuesta ante
cambios políticos y tecnológicos, conduciendo a la minería a una crisis (se abandonan
yacimientos y se produce la emigración minera).
En el siglo XX, la crisis del sector minero obligó a tomar nuevas estrategias a las empresas
y una aptitud cada vez más intervencionista al Estado. Resurge la minería con los lastres
del período anterior. La empresa Peñarroya aparece en Murcia en 1912 pero fue en 1930
cuando la compañía toma el control minero de la región con el surgimiento de la Sociedad
Minero Metalúrgica Zapata – Portmán, convirtiéndose en 1947 en la Sociedad Minero y
Metalúrgica de Peñarroya – España (SMMP-E) y consiguiendo a partir de entonces
pequeñas concesiones para implantar una explotación a cielo abierto. Resurge la
explotación minera con la mejora de las técnicas de extracción, la introducción masiva de
la tecnología de flotación en las minas de La Unión, la demanda en alza como consecuencia
de la segunda guerra mundial y el crecimiento económico europeo de los años 50 y 60. En
los años 50 la empresa comienza a abrir las primeras explotaciones a cielo abierto como la
Mina Emilia en 1954. En 1957 se construye el Lavadero Roberto y posteriormente se
abren las minas San Valentín en 1966 que se prolongará con Corta Tomasa, Gloria en 1965
y Los Blancos en 1973. En 1956 las empresas mineras se comprometieron a no realizar
~3~
vertidos de líquidos con sólidos en suspensión, esto no fue cumplido nunca por Peñarroya
que realizó vertidos al Mar Mediterráneo a través de la Bahía de Portmán (Figura 3) desde
el año 1957 hasta el año 1990. A mediados de los años 80 se precipitan los
acontecimientos: crisis de mercados, conflictos salariales y sindicales, consideración de las
políticas medioambientales, etc.; cesando la actividad minera paulatinamente en esta
década hasta que se paran los vertidos el 30 de marzo de 1990 [Manteca Martínez et al.,
2005; García Belchí, 2007].
Figura 3. Imagen de los vertidos (izquierda) (modificada a partir de Poveda, 2007)
procedentes del Lavadero Roberto directamente al mar y punto geográfico (derecha) donde
se arrojaban (Google Earth).
2
Marco geológico
La Sierra de Cartagena se encuentra al Este de las Cordilleras Béticas. Se caracteriza
por una estructura laminar superpuesta de complejos tectonoestratigráficos. El
basamento está formado por los complejos Nevado – Filábrides (Precámbrico/Paleozoico
a Triásico) y Alpujárrides (Pérmico a Triásico) (Figura 4), que afloran como mantos de
cabalgamiento superpuestos de edad Alpina y están afectados por un metamorfismo
decreciente de abajo a arriba. En el Mioceno Superior, estas unidades basales sufrieron un
colapso gravitacional, que fue acompañado de un importante magmatismo calcoalcalino
alto en potasio y de la sedimentación marina en las cuencas extensionales del Mioceno al
Plioceno. Tras el Neógeno, hay una importante fase de fracturación, seguida de fenómenos
volcánicos y levantamiento de la Sierra, y posteriormente del desmantelamiento erosivo
actual [Manteca Martínez and Ovejero Zapino, 1992; López-García et al., 2011].
En la Sierra Minera de Cartagena-La Unión caben destacar, bajo un punto de vista
morfológico, los siguientes tipos de mineralizaciones [Oen et al., 1975; Manteca Martínez
and Ovejero Zapino, 1992]: (i) mantos: masas y cuerpos estratoides que se encuentran en
los complejos Nevado – Filábrides (segundo manto) y Alpujárrides (primer manto). Ambas
unidades de manto presentan dos conjuntos de minerales distintos: (a) greenalita –
magnetita – sulfuros – carbonatos – sílice (manto de silicatos) y (b) clorita-sulfuroscarbonatos-sílice (manto piritoso). La mayor parte de plomo y cinc fueron extraídos de
estos depósitos tipo manto. (ii) Diseminaciones en el Mioceno: cuerpos irregulares
alargados en la dirección NO – SE, según la fracturación. Son el recurso minero de mayor
~4~
importancia una vez agotados en gran parte los mantos. Se trata de una mineralización
rica en esfalerita con pirita, marcasita y galena como fases menores.
Figura 4. Geología y yacimientos minerales del Distrito Minero de Cartagena – La Unión.
Figura modificada a partir de López-García et al., 2011.
(iii) Filones y Stockworks asociados a vulcanitas: estructuras filonianas complejas
acompañadas de intensa alteración hidrotermal de las vulcanitas y aparatos dómicos. En
este contexto se sitúan también mineralizaciones tipo stockworks, en las que hay que
destacar el stockwork desarrollado en La Crisoleja (Figura 4) cuya paragénesis presenta
mineralizaciones de hierro, plomo, plata y estaño. (iv) Monteras o Gossan: cuerpos
superficiales oxidados. Su mineralización formada por la alteración de sulfuros primarios,
se caracteriza por la asociación de óxidos, hidróxidos y sulfatos, apareciendo como
minerales principales la gohetita, hematites, sílice y en menor proporción minerales del
grupo de la jarosita y alunita junto con carbonatos y minerales arcillosos [López García,
1985].
3
Conceptos básicos
A continuación se van a desarrollar algunos conceptos básicos de magnetismo y de
magnetismo de rocas que se tratarán a lo largo del trabajo.
3.1
Propiedades magnéticas de la materia
Teniendo en cuenta las propiedades magnéticas, los materiales pueden clasificarse
en tres grandes grupos: diamagnéticos, paramagnéticos y ferromagnéticos.
El diamagnetismo es una propiedad que presentan todos los materiales con niveles
orbitales completos y se aprecia únicamente cuando no hay otro tipo de magnetismo ya
que se debe al momento orbital magnético que presentan los electrones apareados y surge
de los momentos dipolares inducidos por un campo magnético externo, . Los momentos
serán opuestos a la dirección del campo magnético aplicado, y por tanto, debilitan el
~5~
campo magnético total (ley de Lenz) (Figura 5 a y b). La susceptibilidad magnética, κ, que
es la relación entre el campo aplicado y la imanación obtenida, M (
, donde es
la constante de permeabilidad del vacío), es negativa (Figura 5 c), débil, reversible e
independiente de la temperatura en los materiales diamagnéticos.
Figura 5. Representación del comportamiento de un material diamagnético, en ausencia (a)
y en presencia (b) de campo magnético, y de la susceptibilidad (c). Figura modificada a
partir de Martin-Hernandez and Ferre, 2007.
El paramagnetismo tiene lugar cuando existen electrones desapareados ya que presentan
un momento magnético asociado que se puede alinear con el campo magnético aplicado.
En ausencia de campo magnético, los momentos magnéticos están orientados al azar
(Figura 6 a), mientras que, cuando se aplica un campo magnético, los dipolos se alinean
parcialmente en la dirección del campo, dando lugar a un aumento total del campo y
produciéndose una imanación, paralela al campo (Figura 6 b). La susceptibilidad
magnética es reversible, pequeña, positiva (Figura 6 c) y varía con la temperatura según la
ley de Curie,
, donde es la constante de Curie característica de cada material y
la temperatura absoluta [Coey, 2010].
Figura 6. Representación del comportamiento de un material paramagnético, en ausencia
(a) y en presencia (b) de campo magnético, y de la susceptibilidad (c). Figura modificada a
partir de Martin-Hernandez and Ferre, 2007.
El ferromagnetismo presenta interacción de espín. En algunos metales la disposición de
los átomos es lo suficientemente cercana permitiendo el intercambio de electrones, bien
sea entre los átomos vecinos o bien a través de aniones de la red, por lo que presentan
momentos magnéticos en ausencia de campo externo. Los materiales ferromagnéticos
pueden almacenar magnetización de forma permanente como imanación remanente.
Existen cuatro subgrupos dentro del ferromagnetismo atendiendo a la configuración de
los momentos en la red cristalina. Si los momentos magnéticos reaccionan al unísono al
campo magnético aplicado alineándose paralelos a este y dando lugar un fuerte
~6~
comportamiento magnético, se denomina ferromagnetismo (Figura 7 a) y se produce una
magnetización espontánea. Se habla de antiferromagnetismo (Figura 7 b) cuando no es
posible el intercambio directo de electrones entre los iones metálicos pero sí el
intercambio indirecto entre los electrones de un ión metálico con otro a través de la nube
de electrones del anión de oxígeno (este comportamiento se da en cristales de óxido
aunque también puede darse en cristales donde el ión no es oxígeno, sino azufre, por
ejemplo). El intercambio da lugar a dos subredes con momentos magnéticos intrínsecos
iguales y opuestos (antiparalelos) y la magnetización no es posible. El ferromagnetismo
parásito (Figura 7 c) ocurre cuando un cristal antiferromagnético no presenta los espines
exactamente antiparalelos, sino que existe un ángulo dando lugar a una imanación
residual en la dirección perpendicular. Por último, el ferrimagnetismo (Figura 7 d) tiene
lugar cuando el intercambio indirecto de los materiales antiferromagnéticos involucra
magnetizaciones antiparalelas y desiguales de las subredes dando lugar a una
magnetización espontánea neta.
Figura 7. Esquema del comportamiento de los distintos tipos de materiales ferromagnéticos: ferromagnetismo (a), antiferromagnetismo (b), ferromagnetismo parásito (c) y
ferrimagnetismo (d). Figura modificada a partir de Martin-Hernandez and Ferre, 2007.
3.2
Dominios magnéticos
En minerales magnéticos con imanación remanente o permanente, existen diversos
modelos que explican la imanación de la materia. El modelo más aceptado en los minerales
más habituales dentro del magnetismo de rocas en el modelo de imanación por dominios
magnéticos. Los dominios magnéticos son las regiones de un material ferromagnético
magnetizado en las que la magnetización es uniforme y el vector magnetización de cada
región difiere del de las regiones vecinas. Los granos de minerales que contienen varios
dominios se denominan partículas multidominio (MD) (granos grandes) mientras que los
que cuentan solo con un dominio se llaman partículas monodominio (SD) (para granos
muy finos, entre 0.03 y 15 µm en el caso de magnetita y/o titanomagnetitas). La
magnetización de las partículas SD es muy estable. La frontera entre las partículas SD y
MD no está definida, hay un terreno intermedio significativo consistente en granos con
pocos dominios. Estrictamente hablando, tales granos son MD pero poseen muchas de las
propiedades de los granos SD por lo que se denominaron partículas pseudomonodominio
(PSD) [Stacey, 1963]. La cuarta propiedad que depende del tamaño es el
~7~
superparamagnetismo (SP) (los granos más finos). En un material ferromagnético los
campos moleculares mantienen los momentos magnéticos de espín atómicos alineados
uniformemente y la anisotropía de grano requiere su magnetización espontánea para ser
paralela a una dirección “fácil” que es la dirección energéticamente favorable de la
magnetización espontánea. Si la temperatura es lo bastante elevada, la energía térmica
puede exceder la energía magnética (la que mantiene la magnetización paralela a la
dirección “fácil”) pero todavía es demasiado pequeña para romper la magnetización
espontánea. La energía térmica hace que todo el momento magnético del grano fluctúe
coherentemente de forma similar al paramagnetismo. La magnetización del grano no tiene
una dirección estable y se dice que es superparamagnético. Los granos SP son inmóviles,
solo su magnetización uniforme fluctúa en relación con el grano [Evans and Heller, 2003].
3.3
Minerales magnéticos
Los estudios de magnetismo ambiental dependen de la información almacenada en
los archivos naturales de acuerdo con los granos magnéticos con los que cuentan, por lo
que es necesario introducir los minerales magnéticos responsables de la información
“almacenada”. La siguiente sección resume brevemente las propiedades magnéticas más
relevantes de los minerales magnéticos más significativos usados en este trabajo. Se van a
distinguir tres grupos: los óxidos de hierro, los oxihidróxidos de hierro y los sulfuros de
hierro. Dentro de los óxidos de hierro cabe destacar la magnetita, el hematites y la
maghemita.
La magnetita (Fe3O4) es ferrimagnética. Presenta una fuerte magnetización espontánea de
480 kA/m que hace de la magnetita el mineral más magnético que se encuentra en la
naturaleza y tiene, además, los valores mayores de susceptibilidad magnética (
). Las coercitividades típicas son del orden de las decenas de mT. La coercitividad es
el campo magnético necesario que hay que aplicar en un material ferromagnético para que
la magnetización se reduzca a cero tras haber alcanzado dicho material la saturación. La
magnetita está caracterizada por dos temperaturas importantes, el punto de Curie y la
transición de Verwey. La temperatura de Curie tiene lugar a 580 °C y es a la que la energía
térmica rompe el ferrimagnetismo mientras que la transición de Verwey se da a -150 °C y
marca el cambio cristalográfico de los cationes de hierro del sistema cúbico al monoclínico
[Verwey, 1939]. Es común encontrar toda una serie de variantes en las que el hierro es
remplazado por titanio, pasando el mineral a denominarse titanomagnetita. Cuanto más
cationes de titanio sustituyan a los de hierro, menor será la magnetización espontánea y la
temperatura de Curie.
El hematites (α-Fe2O3) presenta ferromagnetismo parásito debido a los momentos
magnéticos de espines inclinados (spin canting) puesto que la red antiferromagnética que
presenta sufre una ligera desviación dando lugar a una magnetización espontánea de 2.5
kA/m y una temperatura de Curie de 675 °C. De esta forma, aun siendo 200 veces más
débil que la magnetita, el hematites es térmicamente más estable. El rango de
coercitividades puede variar mucho y es del orden de las decenas de Teslas. A – 15 °C tiene
lugar la transición de Morin [Morin, 1950] a la que los espines rotan 90° alineándoles a lo
largo del eje c del cristal y convirtiéndolos en un mineral antiferromagnético puro. Los
cationes de hierro pueden ser remplazados por titanio dando lugar a la serie de
~8~
titanohematites. De nuevo, cuanto más contenido de titanio haya, menor será la
temperatura de Curie llegando a inhibir la transición de Morin.
La maghemita (γ-Fe2O3) es la forma totalmente oxidada de la magnetita. Presenta una
magnetización espontánea a temperatura ambiente de 380 kA/m, menor que la de la
magnetita. Su temperatura de Curie es de ~645 °C pero, al ser un mineral metaestable, es
difícil determinar dicha temperatura ya que a elevadas temperaturas sufre un cambio
cristalográfico irreversible a hematites como consecuencia de la gran pérdida de
magnetización. La temperatura a la que tiene lugar la transformación a hematites es muy
variable, se han registrado valores desde 250 °C a 900 °C, y parece que depende del
tamaño de grano y de la presencia de impurezas [Dunlop and Özdemir, 1997]. Como en los
dos casos anteriores, también existe la serie de titanomaghemita.
La goethita (α-FeOOH) es un oxihidróxido de hierro antiferromagnético, aunque no
perfectamente, por lo que posee un débil ferromagnetismo. La temperatura de Curie es de
120 °C y la magnetización espontánea de 2kA/m. Las coercitividades son del orden de
decenas de Teslas y se transforma en hematites entre los 250 °C y los 400 °C [Dunlop and
Özdemir, 1997].
El aporte de azufre a partir del mineral explotable original, hace considerar los sulfuros de
hierro como posible fuente de imanación. Dentro de los sulfuros de hierro, la pirita (FeS2)
es probablemente el más común, aunque magnéticamente es paramagnética. En segundo
lugar, la pirrotina, que cristaliza en dos formas, es un posible portador de imanación. La
estructura cristalográfica más común, Fe7S8, es monoclínica y ferrimagnética
(magnetización espontánea ~80 kA/m y temperatura de Curie de 320 °C), mientras que
Fe9S10 es hexagonal y antiferromagnética, aunque sufre una transición cristalográfica a
200 °C convirtiéndose en una fase ferrimagnética metaestable (incrementa la
magnetización dando lugar a la llamada transición lambda). Presenta una temperatura de
Curie alrededor de 270 °C y se transforma en magnetita en torno a los 500 °C. Otro sulfuro
de hierro de relativa importancia es la greigita, con una magnetización espontánea de
~125 °C y una temperatura de Curie de ~330 °C. Además se transforma en magnetita
entre ~270-350 °C [Dunlop and Özdemir, 1997].
4
4.1
Materiales y Metodología
Materiales
Para la realización de este trabajo se ha dispuesto de un total de cincuenta y dos
muestras de arenas de playa (muestras PP) de la antigua Bahía de Portmán tomando dos
especímenes por cada lugar de muestreo para comprobar la homogeneidad de las mismas.
El muestreo tuvo lugar en nueve puntos diferentes (Figura 8) espaciados de forma
variable a lo largo de la línea de costa, muestreando los llamados placeres de costa, así
como en un punto más interno de la playa (PP4). También se han realizado calicatas
verticales para los puntos PP1, PP1 - B, PP2, PP2 – B y PP3 – B (aunque las profundidades
de esta última no están recogidas) y se han tomado distintas muestras del punto PP5. Las
muestras PP3 – A y una fracción de muestras PP5 (las PP5 – D) son de tipo hardpan. El
~9~
término hardpan hace referencia a una capa densa de suelo que se encuentra
normalmente bajo la capa más superficial. Por su parte, las muestras de PP4 son facies
sulfatadas. En total se recogieron de la Bahía veintiséis muestras. Las muestras se
obtuvieron en varias campañas de campo durante los meses de marzo y abril del 2012.
Lavadero
Roberto
Figura 8. Localización geográfica de las muestras recogidas en la playa de la antigua Bahía de
Portmán y del Lavadero Roberto. Fuente: Google Earth.
También se ha trabajado con un pequeño trozo de material procedente de una de las
minas originales, en particular, de la Cantera Emilia (Figura 4) (en las inmediaciones de la
localidad de El Llano del Beal, a 4 km al Norte de Portmán, aproximadamente), para
estudiar la relación existente y las posibles correlaciones con las muestras de arenas de la
playa como resultado del proceso industrial de extracción. El material fue facilitado por el
profesor José Ángel López García del departamento de Cristalografía y Mineralogía de la
Facultad de CC. Geológicas de la Universidad Complutense de Madrid (UCM). Para el
estudio, el material fue fragmentado en trozos menores y, a consecuencia de su
heterogeneidad, se dispuso de dieciséis pequeñas muestras para realizar las medidas
(muestras M).
4.2
Metodología
Para llevar a cabo tanto la caracterización de la señal magnética y los tipos de
minerales encontrados como la determinación de las propiedades magnéticas y
concentración de dichos minerales, se han desarrollado en este trabajo distintas técnicas
de magnetismo de rocas en el laboratorio de Paleomagnetismo, en el CAI (Centro de Ayuda
a la Investigación), ambos de la Fac. de CC. Físicas de la UCM, y en el CNME (Centro
Nacional de Microscopía Electrónica). Dichas técnicas serán detalladas a continuación.
~ 10 ~
4.2.1
Ciclos de histéresis
Se han realizado medidas de ciclos de histéresis hasta 0.5 T, corregidos por
contribución paramagnética/diamagnética con la intención de caracterizar los parámetros
magnéticos en la zona de estudio. Se han calculado a partir de aquí los valores de
susceptibilidad paramagnética (κpara) y parámetros ferromagnéticos que se obtienen de la
histéresis (Figura 9): i) magnetización de saturación (Ms), ii) magnetización remanente de
saturación (Mrs), iii) fuerza coercitiva (Bc) y iv) susceptibilidad inicial (κinicial). Estas
medidas se han realizado tanto para las muestras de arena procedentes de la playa como
para las muestras obtenidas a partir de la mina.
La susceptibilidad de alto campo (κpara), es la pendiente de la curva
para
campos por encima de la saturación de la parte ferromagnética
. La
histéresis ferromagnética se obtiene al sustraer, en este caso, la contribución
paramagnética
. La κinicial será la pendiente de la curva
ferromagnética
para bajo campo, cuando la curva de imanación es aún
reversible en la llamada zona de Rayleigh [Rayleigh, 1887].
Figura 9. Histéresis magnética
con los parámetros principales
señalados. Ms es la magnetización
obtenida cuando se alcanza la
saturación de la muestra con el
campo aplicado. Si quitamos
dicho campo tenemos la Mrs. Bc es
el campo invertido aplicado para
el que M es cero y el punto en que
la muestra tiene remanencia cero
tras quitar el campo se denomina
Bcr, coercitividad de remanencia.
Figura modificada a partir de
Martin-Hernandez and Ferre,
2007.
Las curvas de histéresis representan la suma de todos los granos magnéticos que
contribuyen en la muestra. En ocasiones, se puede determinar las fases magnéticas y/o los
estados de dominio observando las formas de estas curvas. Por ejemplo, la distorsión de
las curvas de histéresis puede implicar mezcla de distintas fases y dominios magnéticos.
Las medidas se han realizado en un espectrómetro de coercitividades desarrollado por la
Universidad de Kazan (Coercivity Spectrometer J-meter [Jasonov et al., 1998]). Permite
realizar mediciones simultáneas de la magnetización inducida y remanente.
Las muestras estudiadas se colocan en pequeñas cápsulas de gelatina y fijadas con
algodón, después de haber determinado la masa de normalización del material, que al ser
un material diamagnético no interfiere en las medidas y ayuda a que las muestras se
muevan lo menos posible.
~ 11 ~
Para el cálculo de los ciclos de histéresis y los parámetros derivados de este se ha
empleado un software de Matlab-® desarrollado en el grupo de Paleomagnetismo UCM.
4.2.2
Medidas de adquisición de la IRM y back-field IRM
Como se ha visto, cuando se somete una muestra a un campo aplicado, esta
presentará una magnetización inducida. Si no hay un campo externo aplicado, las
sustancias ferromagnéticas suelen seguir teniendo momento magnético, llamado
remanencia o magnetización remanente. Esta remanencia tendrá un modelo de
adquisición diferente, dependiendo de las características del campo aplicado y las
condiciones de la muestra. Para este trabajo va a interesar la magnetización remanente
natural (NRM, Natural Remanent Magnetization), la magnetización remanente isotérmica
(IRM, Isothermal Remanent Magnetization) y la remanencia isotérmica de saturación (SIRM,
Saturation isothermal Remanent Magnetization). Si se recoge una muestra natural por
primera vez y no se ha realizado ningún experimento de laboratorio sobre ella antes, se
habla de NRM. Una remanencia obtenida por la exposición a un campo a temperatura
ambiente es una IRM y si el campo usado es suficiente para alcanzar la saturación se
denomina SIRM [Evans and Heller, 2003].
Se han realizado medidas de la adquisición de la IRM, que permiten identificar la
mineralogía magnética y la SIRM, y medidas de desimanación por campos estáticos en
dirección opuesta (Back – field IRM) que determinan la coercitividad de remanencia (Bcr)
(Figura 9). Además, la forma de la curva IRM puede ser usada también para estimar el
número de fases ferromagnéticas y sus propiedades magnéticas. Ambas medidas
(adquisición y back – field IRM) se obtuvieron con un campo magnético máximo de 0.5 T,
con el Coercivity Spectrometer antes descrito, para las muestras PP y las muestras M. Se
habla de mineral magnéticamente duro si presenta valores elevados de coercitividad
(como ocurre con el hematites o la goethita), mientras que si los valores de coercitividad
son pequeños, el mineral será blando (como la magnetita).
Para asegurar que todas las curvas de adquisición de la IRM en las muestras PP alcanzan
la saturación de remanencia isotérmica (SIRM), se realizan las medidas de adquisición de
la IRM hasta un campo magnético de 4 T. Esta medida se realizó solo para una muestra de
cada uno de los sitios (Figura 8). Se tomaron seis ejemplares en total, cada uno
correspondiente a una zona muestreada de la Bahía teniendo en cuenta que, de las zonas
parejas PP1/PP1 – B, PP2/PP2 – B y PP3 – A/PP3 – B, solo se cogió una muestra de alguna
de las dos zonas. Los resultados para esta medida vienen indicados como PP1, PP2, PP3,
PP4, PP5 y PP6.
Para obtener las curvas de adquisición de la IRM hasta 4 T, se preparan las muestras de
arena en cápsulas de gelatina fijándolas con algodón y se miden las masas con una balanza.
Con un Impulse Magnetizer se van introduciendo los pasos de campo magnético y, tras
cada pulso magnético dado, se mide la magnetización remanente (MR) con un Spinner
Magnetometer JR5A de AGICO (Advanced Geoscience Instruments Co.) obteniendo de esta
forma los pares de valores de campo magnético y magnetización remanente isotérmica
con los que se construirán después las curvas de adquisición.
~ 12 ~
4.2.3
Representación de los parámetros de histéresis, el diagrama de Day
Los diagramas de Day [Day et al., 1977; Dunlop, 2002] permiten resumir de
manera útil los parámetros de histéresis (Mrs, Ms y Bc) y de remanencia (Bcr) mediante la
representación de los ratios Mrs/Ms frente a Bcr/Bc. Figuran zonas rectangulares donde se
encuentran definidos los comportamientos de las partículas SD, MD y PSD a partir de los
ratios representados. El diagrama desarrollado para magnetitas y titanomagnetitas
permite discriminar el estado de dominios dependiendo de la región del diagrama donde
se sitúen las muestras o bien, en una modificación posterior [Dunlop, 2002] la proporción
de granos monodominio (SD) y/o multidominio (MD). Las zonas rectangulares estándares
quedan redefinidas por curvas de histéresis teóricas combinadas con resultados
experimentales de muestras con composición y tamaño de grano conocidos. Se construyen
unas “curvas de mezcla” obtenidas de la combinación de varias proporciones de parejas de
miembros extremos (por ejemplo, SD+MD, SD+SP). En esta modificación se incluye
también una región que engloba a las partículas SP.
4.2.4
Análisis del espectro de coercitividad de la IRM
Se pretende modelizar las curvas de adquisición de la IRM con el objetivo de inferir los
minerales portadores de la imanación artificial isoterma. Existen multitud de métodos de
modelización, de mayor o menor complejidad. En este trabajo se ha utilizado el propuesto
por Kruiver et al. [2001] y su software asociado que permite modelizar dichas curvas
mediante distribuciones log-normales de la coercitividad asociada. Usar distribuciones
log-normales da lugar a limitaciones, ya que a veces aparecen desviaciones de los efectos
térmicos y de la interacción magnética, sin embargo, son una herramienta potente para
desarrollar las aproximaciones de primer orden. Existen modelos de simulación de la IRM
más complejos que utilizan funciones asimétricas, sin embargo, son necesarias medidas
más precisas [Evans and Heller, 2003].
El programa simula la imanación remanente de la IRM como una suma lineal de
imanaciones. Cada una de ellas se asocia a una población magnética con coercitividad
según una distribución log-normal. Cada componente magnética se caracteriza por tres
parámetros que definen cada distribución: i) su SIRM, que representa el área de la
distribución (la IRM de la fase que contribuye), ii) la coercitividad media (B1/2) de la fase
que contribuye, que se trata del campo al que se alcanza la mitad de la SIRM, y iii) el ancho
de la distribución (DP) que es un parámetro de dispersión dado por una desviación
estándar de la distribución logarítmica.
El método ajusta simultáneamente la curva de adquisición de la IRM (Linear Acquisition
Plot, LAP) y su primera derivada (Gradient Acquisiton Plot, GAP). El número de
componentes utilizado es el mínimo capaz de reproducir simultáneamente la curva de
adquisición de la IRM y su derivada. Normalmente, el ajuste será mejor cuanto más
componentes se añadan (el programa permite hasta seis), sin embargo, teniendo en
cuenta que cada componente presenta tres parámetros a variar (SIRM, B 1/2 y DP), las
componentes añadidas serían linealmente dependientes de las anteriores.
~ 13 ~
En las muestras medidas hasta un campo máximo de 4 T han sido necesarias dos
componentes, mientras que en muestras medidas hasta 0.5 T se han utilizado tres. La
razón de esta diferencia radica en la diferencia en el número de datos usados para el
ajuste. Mientras en el primer caso se incluyen 16 parejas de datos, en el segundo es de
1000.
4.2.5
Susceptibilidad magnética a bajo campo
La susceptibilidad magnética es una buena fuente de información sobre la
composición y concentración de la muestra ya que todo en un mineral o roca contribuye a
ella. Por esta misma razón, a veces puede resultar difícil interpretarla. Es bastante rápida y
fácil de medir.
Se han realizado medidas de la susceptibilidad magnética a bajo campo constante para un
conjunto de veinticinco muestras PP. Previamente se han medido las masas de todas las
muestras para corregir posteriormente los resultados obtenidos de la susceptibilidad
puesto que las medidas se realizan para un volumen genérico de 10 cm 3. Las medidas se
realizan con un Kappabridge KLY-4 de AGICO [Hrouda et al., 2006] operando a un campo
de 300 A/m. Las muestras se fijan en cajas de plástico y la susceptibilidad se mide
mediante el programa SUFAM.
También se ha medido la susceptibilidad a bajo campo dependiente de la frecuencia para
las cincuenta y dos muestras PP. El comportamiento superparamagnético depende del
tiempo de escala de observación, así que los granos pueden comportarse
superparamagnéticamente a una frecuencia, pero no a otra. La susceptibilidad
dependiente de la frecuencia puede usarse por tanto para restringir el tamaño de grano y
el estado de dominio de los materiales magnéticos [Tauxe, 2009]. Los materiales con
granos finos presentan una susceptibilidad que depende de la frecuencia. El lugar donde
se encuentran los granos monodominio (del orden de 0.03 μm de diámetro) resulta
especialmente significativo ya que en estos granos se producen cambios muy rápidos en la
dependencia con la frecuencia para cambios relativamente pequeños de diámetro. De
forma natural, en los materiales, estos granos se encuentran ampliamente distribuidos en
tamaño y dan lugar a una dependencia con la frecuencia de la susceptibilidad bastante
uniforme en el bajo rango de kHz en que opera este aparato. El coeficiente de la
dependencia con la frecuencia (κFD) puede expresarse de la siguiente forma:
Donde
es la susceptibilidad de baja frecuencia y
la susceptibilidad de alta
frecuencia, presentando
siempre los valores mayores. Las frecuencias usadas por el
sensor MS2B son 0.465 kHz (LF) y 4.65 kHz (HF) ± 1%. Para las medidas se ha usado un
MS2 Magnetic Susceptibility System de Bartington Instruments. Este instrumento cuenta
con multitud de sensores, empleando en este caso el sensor MS2B para medir la
susceptibilidad a las dos frecuencias.
~ 14 ~
4.2.6
Curvas termomagnéticas
En las curvas termomagnéticas se representa la imanación inducida en función de
la temperatura. Estas medidas permiten determinar la temperatura de Curie (en el caso de
ferromagnéticos y ferrimagnéticos) o la temperatura de Neél (para antiferromagnéticos o
con ferrimagnetismo no compensado). Ambas temperaturas indican la pérdida de la
imanación de los minerales ferromagnéticos por agitación térmica pasando a comportarse
como paramagnéticos. Podemos identificar los distintos minerales magnéticos en función
de las temperaturas de Curie/Neél puesto que estas son conocidas para algunos de ellos.
También se ha realizado una medida posterior de enfriamiento que nos permitirá
descartar o confirmar las posibles temperaturas de Curie/Neél o la presencia de fases
alteradas durante el calentamiento observando la reversibilidad de la curva de
enfriamiento.
Para el desarrollo de estas medidas se ha usado un Variable Field Translation Balance
(VFTB) de Petersen Instruments que se encentra en el Centro de Asistencia a la
Investigación (CAI) de la Facultad de Ciencias Físicas de la UCM. Este instrumento mide la
magnetización isotérmica en campos variables (por ejemplo, ciclos de histéresis), así como
la dependencia con la temperatura de los parámetros magnéticos asociados. Está
especialmente diseñado para medir muestras de gran tamaño y las magnetizaciones
débiles comúnmente encontradas en el magnetismo de rocas. Con este instrumento
también se pueden adquirir datos a bajas temperaturas. Todas las mediciones se pueden
realizar a cualquier temperatura comprendida entre -180 °C y 800 °C.
Las temperaturas de Curie/Neél han sido determinadas para las cincuenta y dos muestras
PP por el método del máximo de la segunda derivada [Tauxe, 1998] que puede usarse ya
que las curvas obtenidas no tienen apenas ruido. Este método consiste en la obtención de
la temperatura de Curie/Neél a partir del máximo de la segunda derivada de la curva
termomagnética de calentamiento [Moskowitz, 1981].
4.2.7
Desimanación térmica de componentes ortogonales de la IRM
A la hora de identificar la naturaleza de los minerales magnéticos presentes en los
sedimentos estudiados, la correlación entre el espectro de coercividades y el espectro de
temperaturas de desbloqueo ayuda en la discriminación de posibles minerales candidatos.
Siguiendo el método propuesto por Lowrie [1990] se ha realizado la desimanación térmica
de tres componentes perpendiculares de la IRM de campo imanador distinto a lo largo de
los ejes de coordenadas de las muestras. La posterior desimanación térmica de la IRM
discrimina en los ejes
las imanaciones asociadas a cada campo aplicado.
Se aplica una IRM a lo largo de tres direcciones ortogonales
para tres campos
diferentes mediante un Impulse Magnetizer. Se aplica el campo máximo del aparato (2 T) a
lo largo de un segundo campo (0.6 T) a lo largo del eje y la tercera IRM, aplicada a lo
largo del eje
con un campo de 0.2 T. A continuación se determina el espectro de
temperatura de desbloqueo para las componentes
con desimanaciones por
calentamiento progresivas hasta 700 °C. Las medidas de la magnetización remante se han
llevado a cabo con el Spinner Magnetometer JR5A de AGICO.
~ 15 ~
Se han seleccionado seis muestras PP, de las cincuenta y dos totales, cada una
correspondiente a cada zona muestreada de la Bahía. Las muestras son compactadas con
silicato sódico para que no se descompongan al aplicar temperaturas elevadas. El proceso
de compactación y secado de las muestras es de cuatro o cinco días, pasados los cuales, se
mide la masa de normalización del material y se procede a desarrollar esta técnica.
Para cada paso de temperatura, a partir de 120 °C, se ha medido la susceptibilidad a bajo
campo mediante un Kappabridge KLY-4 de AGICO [Hrouda et al., 2006] como técnica de
control y seguimiento para usar dicha magnitud como indicador de las transformaciones
magnéticas o químicas producidas durante el calentamiento.
4.2.8
Microscopía electrónica de barrido (SEM)
Se pretende estudiar la estructura física, tamaño de las partículas, morfología y
localización dentro del material arenoso de las partículas ferromagnéticas. Las medidas
fueron realizadas en el Centro Nacional de Microscopía Electrónica (CNME). De las
cincuenta y dos muestras PP, se han seleccionado seis, cada una de ellas correspondiente a
cada zona muestreada de la Bahía (tal y como se hizo en la técnica anterior).
El SEM (Scanning Electron Microscope) produce imágenes de las muestras barriéndolas
con un haz enfocado de electrones de manera que estos interaccionan con los átomos de la
muestra dando lugar a señales que pueden ser detectadas y que contienen información
sobre la topografía de la superficie de la muestra y la composición. El haz de electrones se
escanea normalmente en un modelo ráster y la posición del haz se combina con la señal
detectada para producir una imagen.
Para poder trabajar con el SEM, la muestra debe ser eléctricamente conductora, al menos
en la superficie, y estar conectada a tierra eléctricamente para evitar la acumulación de
carga electrostática en la superficie. Los especímenes no conductores tienden a cargarse
cuando son barridos por el haz de electrones, sobre todo en la formación de imágenes de
electrones secundarios, por lo que se recubren con una capa ultrafina conductora. Para
ello se hace vacío y se aplica después un voltaje de forma que se vaporiza un hilo de
carbono creando así la película ultrafina que recubre la muestra.
Las imágenes realizadas por el SEM fueron obtenidas mediante los métodos de detección
de electrones secundarios y de electrones retrodispersados. Los electrones secundarios
son emitidos por átomos excitados por el haz de electrones. El número de electrones
secundarios es una función del ángulo que forma la superficie y el haz. Mediante el barrido
de la muestra y la detección de los electrones secundarios, se crea una imagen que deja ver
la inclinación de la superficie. Si el haz de electrones es perpendicular a la superficie de la
muestra, la región activada es uniforme alrededor del eje del haz y un cierto número de
electrones “escapan” desde dentro de la muestra. A medida que el eje de incidencia
aumenta, disminuye la distancia de “escape” de un lado del haz por lo que se emitirán más
electrones secundarios y las superficies empinadas y los bordes tienden a ser más
brillantes que las superficies planas. Por su parte, la utilización de electrones
retrodispersados consiste en originar electrones de gran energía en el haz de electrones
que se reflejan o son retrodispersados fuera de la muestra por interacciones elásticas de
~ 16 ~
dispersión con los átomos de dicha muestra. Dado que los elementos pesados (con un
número atómico mayor) retrodispersan electrones en mayor medida que los elementos
ligeros (con menor número atómico), apareciendo más brillantes en la imagen, este
método de detección se usa para detectar contrastes entre zonas de composición química
distinta.
5
Resultados
A continuación se muestran los resultados obtenidos siguiendo el orden de las
técnicas mostradas en la metodología del apartado anterior.
5.1
Ciclos de histéresis
Los ciclos de histéresis obtenidos presentan una forma prácticamente idéntica para
las muestras PP (Figura 10 a) y para las muestras M (Figura 10 b) con variaciones en el
valor de Ms, que al ser un parámetro que depende de la concentración y composición, se
traduce en variaciones de concentración de partículas magnéticas para cada muestra. Un
resumen de los principales parámetros de histéresis derivados de este estudio se puede
encontrar en la Sección A del Anexo.
Figura 10. Ciclos de histéresis correspondientes a la muestra PP6A – A (a) y a M1 (b). En
negro: histéresis sin corrección paramagnética/diamagnética. La histéresis corregida por
dicha contribución para la muestra PP en rojo y para la muestra M en azul.
Se han realizado histogramas (Figura 11) para resumir los valores de los parámetros
derivados de los ciclos de histéresis. Con respecto a las muestras PP, para el caso de los
valores de κpara (Figura 11 a) no se observa una gran variabilidad, si bien, existen valores
negativos indicando que la contribución diamagnética domina a la fracción paramagnética,
pero se observa cómo la contribución paramagnética es mayor (valores positivos) dando
lugar a una distribución truncada en el histograma. Se aprecia la estrecha relación entre
κini y Ms presentando ambos parámetros dos distribuciones de población muy similares
(Figura 11 b y c) y con valores que oscilan bastante (tres órdenes de magnitud). Mr
también parece que presenta dos distribuciones de población (Figura 11 e) pero con la
segunda truncada y con valores que oscilan en un rango menor que en el caso anterior.
Exceptuando el histograma de Bc (Figura 11 c) que parece presentar una distribución
~ 17 ~
normal con valores que varían poco, se puede decir que las distribuciones de los valores
de los parámetros de histéresis se deben a influencias externas.
Figura 11. Histogramas de
los parámetros de histéresis κpara (a), κinicial (b), Bc
(c), Ms (d) y Mr (e) de las
muestras PP.
En los histogramas referidos a las muestras M (Figura 12) se pueden apreciar formas muy
similares al de sus magnitudes análogas para el caso de las muestras PP (Figura 11), pese a
que en este caso, el menor número de muestras del que se dispone no permite obtener un
número de clases mayor.
Para estudiar la distribución espacial de los parámetros de histéresis de las muestras PP a
lo largo de la Bahía, se han realizado medias aritméticas de los valores que comprenden
cada zona muestreada y se han representado, junto con sus respectivas desviaciones
estándar (Figura 13). Se puede observar para todos los parámetros, que los valores
dependen de si se está considerando las zonas muestreadas en los extremos de la Bahía
(PP1, PP1 – B o PP6) o si, por el contrario, se tratan de las zonas centrales (Figura 8),
puesto que se tiene una tendencia uniforme en todas las gráficas, únicamente rota por los
valores de la muestra PP3 – B, mostrando dos grupos de valores con estas dos
distribuciones espaciales (extremos o zonas centrales). Se observa cómo en casi todos los
casos, la muestra PP3 – B presenta valores muy dispersos con una barra de error grande
que engloba valores dentro de la tendencia general. Los resultados son consistentes
puesto que en las zonas centrales de la Bahía, donde los valores de κpara son menores
(Figura 13 a), los de κini son mayores (Figura 13 b) (para un menor contenido de
paramagnéticos, mayor será la contribución ferromagnética) y al contrario en los
extremos de la Bahía. Además, κini, Ms y Mr presentan la misma distribución espacial
(Figura 13 b, d y e). Bc presenta valores mayores en los extremos de la Bahía y menores en
~ 18 ~
las zonas centrales aunque, cabe destacar que las zonas PP3 – B y PP4 presentan valores
más elevados que sus adyacentes (Figura 13 c).
Figura 12. Histogramas
de los parámetros de
histéresis κpara (a), κinicial
(b), Bc (c), Ms (d) y Mr (e)
de las muestras M.
Figura 13. Distribución
espacial a lo largo de la
Bahía de los parámetros
de histéresis κpara (a),
κinicial (b), Bc (c), Ms (d) y
Mr (e) de los valores
medios hechos por zonas
de las muestras PP. Las
barras
negras
representan
la
desviación
estándar.
~ 19 ~
5.2
Medidas de adquisición de la IRM y back - field IRM
La determinación de Bcr para las muestras PP y M se ha realizado mediante las
curvas SIRM de desimanación por campos estáticos en dirección opuesta (back-field) tras
haber alcanzado la SIRM mediante las curvas de adquisición. Al representar ambas curvas
hasta 0.5 T para las muestras PP (Figura 14 a), aparecen en todas ellas la misma forma con
las únicas variaciones en los valores de SIRM y Bcr por lo que se muestra una como ejemplo
característico. Lo mismo ocurre para el caso de las curvas obtenidas de las muestras M
(Figura 14 b y c) solo que en ellas, además, resulta curioso observar que la curva de
adquisición de la SIRM nunca comienza en cero, presenta una imanación inicial, al
contrario de lo que ocurre para las muestras PP que siempre empiezan en cero.
Figura 14. Ejemplos característicos de curvas de adquisición hasta 0.5 T de la SIRM y de
back-field SIRM de la muestra PP6A – A (a) en rojo y muestras M1 (b) y M3 (c) en azul.
También se han representado los ejemplos característicos de las curvas de adquisición de
la IRM para las muestras PP hasta 4 T y 0.5 T ( Figura 15 a y b) y para las muestras M hasta
0.5 T ( Figura 15 c). A la vista de los resultados, la presencia de materiales magnéticamente
duros no es significativa, predominan los materiales blandos puesto que los valores de
saturación se alcanzan para valores bajos de campo magnético (no hay fases de alta
coercitividad, por lo que las muestras están libres de goethita o hematites, o si hay es muy
poco). Para el caso de las muestras M ( Figura 15 c), aunque en la imagen no se aprecia, la
imanación inicial presenta valores cercanos a cero pero no es nula, como se acaba de ver
(Figura 14 b y c). Por otra parte, las formas de las curvas, uniformes y sin puntos de
inflexión, implica la presencia de una única fase magnética significativa.
Figura 15. Ejemplos característicos de curvas de adquisición de la IRM: muestra PP6C - B
hasta 4 T (a), muestra PP1 – A (0 – 20) hasta 0.5 T (b) y muestra M1 hasta 0.5 T (c).
~ 20 ~
Los valores de Bcr obtenidos para las muestras PP y M se han representado en forma de
histograma (Figura 16 a y b) siguiendo la forma de distribución normal y un rango de
variabilidad pequeño en ambos casos. En función de la distribución espacial, Bcr sigue la
tendencia de los parámetros de histéresis, en este caso, con valores menores en los
extremos de la Bahía (PP1, PP1 – B y PP6) y valores mayores en las zonas centrales
(Figura 16 c).
Figura 16. Representación del parámetro de remanencia Bcr en un histograma para las
muestras PP (a) y M (b) y en función de la distribución espacial en la Bahía (c) de los valores
medios hechos por zonas de las muestras PP. Las barras negras representan la desviación
estándar.
5.3
Representación de los parámetros de histéresis, el diagrama de Day
Se ha realizado un diagrama de Day donde se muestran tanto los valores de las
muestras PP como de las muestras M (Figura 17 a) y se obtiene que ambos conjuntos se
encuentran bastante agrupados y en la curva de mezcla 2, de monodominio y
multidominio. Aunque los valores de las muestras M tienden hacia ratios de M rs/Ms
mayores y de Bcr/Bc menores y para las muestras PP ocurre justo lo contrario, la mayoría
de los valores de ambos grupos se encuentran en la zona de pseudomonodominio.
Considerando solo las muestras PP en el diagrama de Day (Figura 17 b) se puede ver que
los valores se encuentran agrupados en función de su distribución espacial en la Bahía
como se estudió en el apartado anterior.
~ 21 ~
(a)
(b)
Figura 17. Diagrama de Day de muestras PP y M (a) y zoom de las muestras PP (b). Las zonas
rectangulares marcan el estado de dominio. Las curvas negra, azul y roja son las de mezcla
teóricas [Dunlop (2002)].
5.4
Análisis del espectro de coercitividad de la IRM
Para analizar el espectro de coercitividad de las curvas de adquisición de la IRM se
usa el programa IRM – CLG [Kruiver et al., 2001], como se explicó en la metodología. Se
muestra un ejemplo gráfico del análisis: la curva de adquisición de la IRM (Linear
Acquisition Plot, LAP) ( Figura 18 a) y su derivada (Gradient Acquisition Plot, GAP) ( Figura
18 b).
En curvas de IRM medidas hasta 0.5 T se observa un comportamiento similar para
muestras PP y muestras M. El gradiente de la curva de adquisición de la IRM se caracteriza
por una distribución principal portadora de la mayoría de la imanación
(aproximadamente un 90% de la imanación) que se ha dado en la parte central de campos
~ 22 ~
aplicados (Figura 18 b) y se ha llamado Componente 1. Un ajuste más detallado de la curva
incluye dos componentes adicionales de baja y alta coercividad etiquetadas Componente 2
y Componente 3 respectivamente. La Componente 2, de baja coercividad aporta
únicamente un 7% de media a la imanación. El origen de esta componente de baja
coercitividad es controvertido y algunos autores atribuyen su presencia a efectos de
activación térmica de las partículas magnética [Heslop et al., 2004]. La Componente 3,
contribuye únicamente un 3% en promedio a la remanencia de la IRM. Los datos asociados
a esta componente están afectados por más ruido instrumental (Figura 18 b) y su relación
con una población real de alta coercitividad es dudosa. Modelos más complejos de
simulación de la IRM incluyen parámetros de asimetría en la descripción de la distribución
que son capaces de modelizar esta parte de la curva.
El resultado final del ajuste es la suma de todas las componentes utilizadas (curva roja)
que debe coincidir con la curva de los datos empíricos. Para ajustar cada componente se
usan los parámetros SIRM, B1/2 y DP. Todos estos parámetros, tanto para las muestras PP,
hasta 4 T o 0.5 T, como para las muestras M, se encuentran recogidos en las Secciones B y
C del Anexo.
Figura 18. Ejemplos representativos del análisis del espectro de coercitividad de la IRM: LAP
(a) y GAP (b) para muestra PP1 – A (0 – 20). La leyenda es la misma en ambas gráficas.
Se han representado las relaciones entre los parámetros B1/2 y DP para las muestras PP
(hasta 4 T y 0.5 T) (Figura 19 a y b) y para las muestras M (Figura 19 c) para las tres
componentes descritas. Si comparamos las relaciones para las muestras PP (Figura 19 a y
b) se puede ver cómo los valores de la primera componente, que es la más significativa, se
encuentran bien agrupados. En el caso en que se adquirió la SIRM para un campo de hasta
4 T, solo se usó dos componentes, como se explicó en la metodología, correspondiendo la
segunda a la zona de altas coercitividades debido a la menor densidad de datos. Si se
comparan ambas componentes se aprecia cómo los valores están menos agrupados y algo
más dispersos para las medidas a 4 T por la misma razón. Al comparar los valores entre PP
y M para 0.5 T (Figura 19 b y c) se observa una distribución muy similar de las tres
componentes de coercitividad significativa, estando los valores de la primera componente
muy agrupados en ambos casos. Los valores en el material de la Bahía de Portmán
presentan un valor del campo medio destructivo (B1/2) ligeramente mayor.
~ 23 ~
Figura 19. Relación B1/2-DP hasta 4 T para muestras PP (a), y hasta 0.5 T para muestras PP
(b) y M (c). En cada gráfico se representan las tres componentes de coercitividad
significativas utilizadas.
La forma de GAP (Figura 18 b), como una única campana, refuerza la idea de la presencia
de una única fase magnética significativa por lo que la interpretación de resultados se
realizará fundamentalmente en base a los valores de la Componente 1.
Se verá, a continuación, la distribución de los parámetros de remanencia a lo largo de la
Bahía. Se han representado los parámetros SIRM, B1/2 y DP de las muestras PP, tanto los
hallados hasta un campo de 4 T (Figura 20 a, b y c) como los calculados para uno de hasta
0.5 T (Figura 20 d, e y f) para la Componente 1. SIRM muestra los valores mayores para las
zonas centrales de la playa (Figura 20 a y d) (excepto para la muestra PP3 – B en el caso en
que el campo llega a 0.5 T) de la misma forma y con valores muy similares a lo que se
obtuvo para el caso de Ms y Mr (Figura 13 e). Los valores de SIRM obtenidos para 4 T, son
algo menores que los que se tienen para las muestras expuestas hasta 0.5 T,
probablemente debido a que se han empleado dos instrumentos distintos para la
realización de las medidas. Se observa el mismo comportamiento para B1/2 (Figura 20 b y
e) que el observado para SIRM, solo que, para B1/2 los valores menores se dan para el caso
en que el campo alcanza los 0.5 T. La forma de la distribución espacial que siguen las
componentes para SIRM (Figura 20 a y d) es prácticamente la misma, igual que ocurre
para las componentes de B1/2 (Figura 20 b y e) y del parámetro DP (Figura 20 c y f). Hay
que tener en cuenta que, mientras que para 0.5 T lo que se veía en la distribución espacial
eran valores medios de todas las muestras recogidas en cada zona, para 4 T se ha cogido
una única muestra de cada zona (sin hacer distinción entre PP1 y PP1 – B, PP2 y PP2 – B y
PP3 – A y PP3 - B) para estudiar únicamente la tendencia de la remanencia.
~ 24 ~
Figura 20. Distribución espacial a lo largo de la Bahía de SIRM (a), B1/2 (b) y DP (c) (hasta 4 T
las tres) y hasta 0.5 T de nuevo para SIRM (d), B1/2 (e) y DP (f) de los valores medios hechos
por zonas de las muestras PP (las barras negras representan la desviación estándar). En
cada gráfico se representa la primera componente de coercitividad significativa.
5.5
Susceptibilidad magnética a bajo campo
La medida directa de la susceptibilidad magnética a bajo campo (300 A/m) da como
resultado una gran variabilidad de valores (Figura 21 a) que oscilan entre 6 kg-1 y 114.1
kg-1. La distribución espacial de este parámetro a lo largo de la Bahía muestra una forma
muy similar a la susceptibilidad de bajo campo calculada mediante los ciclos de histéresis
(Figura 13 b), si bien, aquí no se han representado los valores medios de PP2 – B y PP3 – B,
puesto que al no realizarse medidas para las cincuenta y dos muestras, solo para
veinticinco, no hay valores suficientes para hacer medias de estas zonas, se han incluido en
las medias de PP2 y PP3, respectivamente. Se observa que las muestras PP4 son las que
presentan mayores valores de susceptibilidad magnética a bajo campo, lo que indica una
mayor concentración de ferromagnéticos.
Las medidas de la susceptibilidad magnética a bajo campo a dos frecuencias indican que
no hay apenas dependencia, pues el coeficiente de dependencia con la frecuencia,
,
oscila entre un 0.01 % y un 1.66 %. Se puede decir que no existe la presencia de materia
superparamagnética. Además, queda corroborado por el diagrama de Day (Figura 17) en
el que se observa que la mayoría de las muestras son pseudomonodominio sin observarse
desplazamiento significativo hacia la derecha respecto a las curvas teóricas de mezcla, que
indicaría la presencia de fracción superparamagnética [Dunlop, 2002].
~ 25 ~
Figura 21. Histograma (a) y distribución espacial a lo largo de la Bahía (b) de la
susceptibilidad medida a bajo campo de las muestras PP. Para la distribución espacial se han
tomado los valores medios de cada zona muestreada (desviación estándar en barras
negras).
5.6
Curvas termomagnéticas
Se han medido curvas termomagnéticas de calentamiento y enfriamiento en un total
de 26 muestras. La representación completa de todas las curvas termomagnéticas
evaluadas en este trabajo se puede encontrar en la Sección D del Anexo. En todas ellas se
ha determinado la temperatura de Curie/Neel de la fase ferromagnética dominante, tal y
como puede verse resumido en la Sección E del Anexo.
Las curvas termomagnéticas para la mayoría de las muestras PP presentan una forma muy
similar (Figura 22 a) en la que la curva de calentamiento ofrece valores de imanación
superiores a los de la curva de enfriamiento. Algunas muestras, sin embargo, muestran la
relación opuesta con curvas de calentamiento de menor imanación que las de
enfriamiento (Figura 22 b). Este estudio de las curvas de calentamiento permite
determinar la temperatura de Curie/Neél de las fases ferromagnéticas. Se observa de
forma sistemática una temperatura de Curie/Neél comprendida entre 550 °C y 600 °C,
aproximadamente. Esta temperatura de Curie/Neél indica que el mineral que se encuentra
es magnetita (cuya temperatura de Curie es de 580 °C), o bien, titanomagnetita con más
contenido de cationes de titanio conforme menor sea el valor de la temperatura de Curie.
La curva de calentamiento (Figura 22 a) a su vez, suele presentar suele presentar para la
mayoría de las muestras dos puntos de inflexión, uno entre 250 °C y 350 °C,
aproximadamente, y otro en torno al intervalo comprendido entre 450 °C y 550 °C que
podría indicar la transformación de oxidación de pirrotina de forma muy leve.
Mencionar también que no se han observado trazas de fases de alta temperatura de
desbloqueo tales como hematites ni fases de baja temperatura de desbloqueo como
goethita, a pesar de haberse reportado en la zona por métodos de difracción de rayos X
[Carmona Manzano, 2012].
~ 26 ~
Figura 22. Ejemplos característicos de curvas termomagnéticas para las muestras PP
mostrando el calentamiento (rojo) y el enfriamiento (azul). Muestra PP6C (a) y muestra PP1
(0-20) (b). Las flechas indican el sentido en el que tiene lugar el proceso.
5.7
Desimanación térmica de componentes ortogonales de la IRM
Se han realizado procesos de desimanación térmica para componentes ortogonales
de la IRM a lo largo de los ejes de coordenadas de seis muestras, tal y como se explicó en la
metodología. La Figura 23 (a) muestra los resultados para la muestra PP6, siendo el
comportamiento que se derivaba del resto de muestras muy parecido. Se observa que la
curva está dominada por un mineral cuya temperatura de desbloqueo se encuentra entre
550°C y 600 °C con un campo imanador de entre 0.2 - 0.6 T. Este resultado es consistente
con la presencia de magnetita, como se derivada del estudio de curvas termomagnéticas.
(Figura 22). No existe prácticamente imanación a lo largo del eje imanado con un campo
imanador alto a lo largo del eje Z, por lo que se vuelve a descartar con este método la
presencia de materiales con coercitividades elevadas como hematites o goethita.
Asimismo, las coercividades medias, asociadas a un campo imanador de 0.2-0.6 T no se
desimanan térmicamente en el rango esperado de los sulfuros de hierro
(aproximadamente 350 °C) por lo que se puede decir que los sulfuros de hierro no
contribuyen significativamente a la remanencia. Como indicador de transformaciones
magnéticas, se midieron los valores de susceptibilidad a bajo campo en cada paso (Figura
23 b), sin embargo, no se observan aumentos de la susceptibilidad entre 200 °C y 500 °C,
como se esperaría para el caso de los sulfuros de hierro.
~ 27 ~
Figura 23. Curvas de desimanación térmica (a) para las tres componentes de la
magnetización, Mx (campo aplicado de 0.2 T), My (campo aplicado de 0.6 T) y Mz (campo
aplicado de 2 T) de la muestra que representa la zona PP6 y valores de la susceptibilidad a
bajo campo en función de la temperatura (b) para la misma muestra.
5.8
Microscopía electrónica de barrido (SEM)
Se presentan imágenes que se obtuvieron con el microscopio electrónico (Figura
24). Se muestra una imagen general de los granos de PP1 (Figura 24 a) mediante el
método de electrones secundarios. Las imágenes obtenidas para PP1 eran muy distintas a
las obtenidas para PP2 y PP3. En PP2 se observó la presencia de formas prismáticas
(Figura 24 b) en las superficies de algunos granos de arena con calcio y azufre. Las zonas
analizadas de las imágenes mostradas para PP3, PP5 y PP6 (Figura 24 c, e y f), presentan
elevados contenidos de hierro y manganeso, pese a que las formas presentadas sean muy
distintas entre ellas. La imagen de PP4 (Figura 24 d) se ha hecho mediante el método de
electrones retrodispersados para el que los elementos más pesados se muestran más
brillantes y se ve que la composición de esta muestra es muy homogénea ya que el tono de
todos los granos es prácticamente idéntico.
Esta técnica ha permitido obtener valores semi-cuantitativos de la composición química ya
que los granos se ven afectados de textura y además los valores no son concluyentes
puesto que no se ha analizado toda la muestra sino puntos aislados o pequeñas zonas. Los
elementos químicos que más contribuyen a las zonas analizadas mediante SEM se han
resumido en la Tabla 1, para cada una de las muestras, excepto los elementos de las
muestra PP2, ya que no se obtuvieron valores exactos, sin embargo, se encontró
prácticamente lo mismo a lo obtenido en PP3. Se puede ver que el mayor contenido en
hierro lo presenta la muestra PP4, seguido por la muestra PP3. Destaca también el
contenido de azufre presente en PP4 con los valores más altos (estas muestras son las que
presentan un color más amarillo, mientras que el resto de muestras tienen tonos oscuros),
siendo un elemento que solo se ha encontrado en las muestras PP2, PP3, PP4 y PP5. Se
observa la presencia de metales pesados como el plomo o el cinc en las muestras PP4 y
PP5.
~ 28 ~
Figura 24. Selección de imágenes de muestras PP obtenidas mediante SEM. Los métodos de
detección empleados fueron de electrones secundarios para a, b, c y f y de electrones
retrodispersados para d y e. Las muestras seleccionadas en cada caso fueron: PP1B-A (3038), PP2-B (25-30), PP3B–A SUP, PP4-A, PP5P-B y PP6C-B. Las escalas en cada imagen abajo
a la izquierda.
PP1
C
14.40
16.83
PP3
PP4
PP5
PP6
8.52
O
17.91
39.03
14.53
5.24
40.81
28.05
41.35
24.04
Mg
0.50
6.43
0.42
0.46
0.55
7.18
2.26
Al
0.61
9.67
0.49
4.25
1.09
0.45
11.05
Si
0.65
58.27
0.83
2.60
6.92
1.17
41.09
21.19
Ca
0.13
0.75
0.20
0.53
1.15
Mn
0.51
1.97
2.31
0.34
55.52
1.62
Fe
61.55
4.05
72.67
32.15
83.13
3.29
60.26
50.89
Na
0.34
0.62
2.51
1.78
3.35
0.76
Cl
0.25
1.12
1.59
2.34
S
K
Pb
Zn
6.65
0.98
13.89
0.42
1.17
0.21
1.59
0.43
0.73
1.49
1.96
1.52
1.92
1.34
2.40
1.96
3.21
Tabla 1. Contenido de elementos en porcentaje mostrando concentraciones mínimas (valor
superior) y máximas (valor inferior) encontradas en distintas zonas analizadas de las
muestras PP. En los casos en que hay un valor es porque solo se analizó un punto con la
presencia de dicho elemento químico.
6
Discusión
Se van a discutir tres temas, fundamentalmente: (i) variación de los parámetros de
histéresis y remanencia de las muestras PP, (ii) correlación entre las muestras PP y M para
los parámetros de histéresis y (iii) correlación de los resultados obtenidos con la
granulometría magnética de las muestras PP, por métodos magnéticos y no magnéticos, y
el contenido de metales pesados.
(i) Los valores encontrados de los parámetros de histéresis y de remanencia para las
muestras PP podrían responder a tres clasificaciones diferentes atendiendo a la
variabilidad de cada parámetro en la Bahía: variación con respecto a la profundidad,
variación espacial a lo largo de la Bahía y variación temporal (referida a la edad de los
sedimentos depositados en la Bahía en función de la distribución en ella).
Con respecto a las catas realizadas para las muestras PP1, PP1 – B, PP2 y PP2 – B, parece
que los parámetros obtenidos no responden a una variación en profundidad, son
~ 29 ~
independientes de esta. Al menos para las profundidades estudiadas, que no sobrepasaron
los 80 cm. Se pueden comprobar los valores de los parámetros de histéresis y de
remanencia en función de la profundidad en las Secciones A, B y C del Anexo. Variaciones
en profundidad de las propiedades magnéticas indican, en la mayoría de estudios
ambientales, alteraciones, procesos de diagénesis o transformaciones debido a la edad de
sedimentos [Evans and Heller, 2003]. Sin embargo, la rapidez del proceso parece que no ha
iniciado los citados efectos.
Como se ha observado en los resultados (Figura 13, Figura 16 c y Figura 20), sí que se
observa una variación espacial dependiendo de la zona considerada en la Bahía para los
parámetros de histéresis y remanencia. El comportamiento de cada parámetro se
diferencia en función de si se está considerando los extremos de la Bahía o las zonas
centrales. En los ciclos de histéresis (Figura 10) se observan diferentes valores de para, Ms,
Mr, Bc, Bcr, así como ini, que también varía en función de la zona de la Bahía considerada
(Figura 13 a). La variación espacial podría estar relacionada con la edad de los minerales,
y por tanto con la variación temporal, puesto que el relleno de la Bahía fue anterior a unas
zonas que a otras y, consecuentemente, los minerales llevan más tiempo acumulados en
unos sitios que en otros.
Para estudiar la posible variabilidad temporal, hay que tener en cuenta el proceso de
relleno de la Bahía que se puede seguir mediante los mapas batimétricos (Figura 25).
Comparando las direcciones de las líneas isobáricas, se puede observar que el relleno
comienza por el borde oeste de la Bahía (cerca del punto de descarga de desechos),
siguiendo por el relleno de la parte trasera desde el Sur hacia el Norte. El depósito y
distribución de los sedimentos dependen de la acción de las corrientes, permitiendo una
sedimentación diferencial en función de los distintos tamaños de grano. La fracción de
arena más gruesa es la que se ha mantenido en la playa mientras que la más fina se
deposita bajo el agua. Hay que tener en cuenta que los sedimentos se encuentran sujetos a
una movilidad dinámica: se produce la acumulación de material en puntos específicos
durante periodos de buen tiempo, avanzando hacia el mar y lateralmente a lo largo de la
costa y, durante las tormentas, estos depósitos son destruidos parcial o totalmente,
formándose de nuevo en otro lugar cuando vuelvan a darse condiciones meteorológicas
favorables. Como consecuencia de esta dinámica, la línea de playa se modifica
constantemente y la playa emergida es inestable ya que los sedimentos no están
consolidados y dependen del tiempo meteorológico [Martínez Orozco et al., 1993].
A la vista de los mapas batimétricos (Figura 25) y teniendo en cuenta la inestabilidad de
los sedimentos depositados, puede decirse que los minerales presentes en las muestras
PP4 son los más antiguos, pues es el punto muestreado que se encuentra más lejos de la
línea de costa. Esto podría explicar por qué es diferente al resto de muestras, más allá del
distinto color que presenta frente a las otras, es en la que mayor contenido de hierro se ha
encontrado y la que presenta los mayores valores de susceptibilidad magnética a bajo
campo, SIRM, Bcr y Mr. Atendiendo a los resultados, son las muestras PP2, PP2 – B, PP3 –A
y PP5 las que siguen a PP4 en los valores más elevados de susceptibilidad a bajo campo,
SIRM, Bcr y magnetización remanente. Además, estas cinco zonas muestreadas son las que
presentan valores superiores también de Ms. Por el contrario, son las muestras PP1 y PP1
– B las que presentan los menores valores de estas magnitudes, mientras que las muestras
PP6 y PP3 – B se encuentran en un punto intermedio entre ambos grupos. Es notable
~ 30 ~
destacar los resultados tan distintos encontrados para las muestras PP3 – B en
comparación a los resultados de la zona adyacente PP3 – A. Aunque no se sabe el motivo
de esta diferencia y las barras de error que acompañan a las muestras PP3 – B cubren la
tendencia general, quizá pueda tener alguna influencia las distintas propiedades
geológicas que puedan presentar ambas muestras, ya que las PP3 – A son de tipo hardpan
mientras que las PP3 – B no. Cabe destacar también la diferencia en los valores
encontrados entre las muestras PP1 y PP1 – B con las PP2 y PP2 – B, pese a estar
relativamente próximas en la Bahía.
Figura 25. Evolución batimétrica de la Bahía de Portmán, indicando las líneas isobáricas en
1957, 1978 y 1987. Figura modificada a partir de Martínez Orozco et al., 1993.
(ii) Para analizar la relación existe entre las muestras PP y M se va a tener en cuenta la
magnetización de saturación. Los valores de Ms pueden usarse como estimadores de la
concentración de partículas magnéticas a igualdad de los minerales portadores de la
imanación. Como a la luz de los resultados la imanación está portada principalmente por
magnetita y, además el valor de Ms para magnetita está tabulado, se pueden dividir los
distintos valores de Ms registrados en las muestras entre Ms para magnetita dando lugar al
porcentaje de concentración que presenta cada muestra. Teniendo en cuenta que la
concentración de magnetita en las muestras PP varía entre un 1.16 % y un 27.39 %, se ha
correlacionado linealmente los parámetros de histéresis de las muestras PP y M en función
del porcentaje de magnetita encontrado, siendo bastante menor en las muestras M, en las
que los valores oscilan entre 0.02% y 7.13 %. Las correlaciones obtenidas no son
determinantes, debido a que la concentración de magnetita en las muestras M es mucho
menor. Se han representado solo las magnitudes que presentaban una mejor correlación
(Figura 26) dada por el coeficiente de determinación R2 que no es más que el cuadrado del
coeficiente de correlación de Pearson. Se puede ver cómo la correlación es mucho mayor
para Mr y κini (Figura 26 a y b) las magnitudes más relacionadas con Ms, que para Bc
(Figura 26 c).
~ 31 ~
Figura 26. Correlación entre las muestras PP y M de los parámetros de histéresis M r (a), κini
(b) y Bc (c). Las rectas en negro indican la regresión lineal y R2 es el coeficiente de
determinación. Los valores representados de las muestras PP son los valores medios para
cada zona muestreada de la Bahía y las barras negras que los acompañan representan la
desviación estándar.
(iii) Por último en esta discusión, se ha pretendido comparar los resultados logrados en
este trabajo para las muestras PP con los obtenidos para las mismas muestras a partir de
los análisis de difractogramas presentes en el trabajo fin de máster de Carlos Carmona
Manzano realizado en el mismo material de este estudio [Carmona Manzano, 2012]. La
técnica de difracción con rayos X permite identificar y cuantificar la mineralogía de las
muestras analizadas. En el trabajo de Carlos Carmona se separó la magnetita mediante un
extracto fraccionado en tres granulometrías principales: gruesa (G), (> 0,40 mm); media
(M), (0,40 a 0,20 mm); y fina (F) (< 20 mm). Se han realizado correlaciones lineales entre
los parámetros de histéresis y remanencia encontrados en este trabajo con las
concentraciones en peso de la magnetita y las distintas fracciones granulométricas del
trabajo de Carlos Carmona, representadas en Tabla 2.
Ms
Mr
Hc
Hcr
κpara
κini
SIRM 1
%
Magnetita
%
Magnetita
0.8981
0.8843
0.3199
0.5456
0.4027
0.8899
0.8940
0.8981
%G
%M
%F
0.7154
0.7564
0.0652
0.4654
0.3958
0.7237
0.6969
0.7154
0.5016
0.5533
0.0481
0.2881
0.2322
0.5191
0.4726
0.5016
0.1750
0.1955
0.0350
0.1777
0.2123
0.1749
0.1293
0.1750
Pb
(ppm)
0.6287
0.6492
0.1444
0.6670
0.7293
0.6101
Cu
(ppm)
0.4602
0.4781
0.0850
0.6266
0.1293
0.4258
As
(ppm)
0.4295
0.4442
0.2114
0.4503
0.9916
0.4487
Tabla 2. Valores del parámetro de determinación R2 obtenido al correlacionar linealmente
los parámetros representados en la tabla. En horizontal, las magnitudes halladas en el
trabajo de Carlos Carmona: % magnetita, % G, % M y % F son las proporciones en peso, en el
caso de G, M y F de las fracciones granulométricas gruesa, media y fina, respectivamente; Pb,
Cu y As en ppm. En vertical las magnitudes calculadas en el presente trabajo: SIRM 1
(Am2/kg) hace referencia a la primera componente de coercitividad significativa. Ms y Mr en
Am2/kg, Hcr y Hc en mT, κpara y κini en m3/kg y % magnetita es el porcentaje de concentración
encontrado.
Todas las correlaciones obtenidas tanto para la granulometría fina como para la fuerza
coercitiva no resultaron ser estadísticamente significativas. Asimismo, la fracción de
~ 32 ~
granos gruesos está directamente correlacionada tanto con Ms como con SIRM de la
componente dominante (Figura 27 a y Figura 27 d). La fracción de grano medio, por el
contrario aparece inversamente correlacionado tanto con M s como SIRM (Figura 27 b y
Figura 27 e) para la componente de coercitividad dominante.
Figura 27. Correlaciones para muestras PP entre Ms y % G (a), % M (b) y % F y SIRM 1 y % G
(d), % M (e) y % F (f). Rectas: regresión lineal, R2: coeficiente de determinación.
Como ya se ha mencionado en algunas ocasiones, la Bahía presenta elevadas
concentraciones de metales pesados. Se encuentran concentraciones de cadmio, cinc y
plomo con niveles muy superiores a los que están presentes en sedimentos naturales. Los
valores encontrados van disminuyendo conforme aumenta la distancia de la costa. Otros
metales, como el cobre y el mercurio, muestran concentraciones que varían con el tiempo,
sin embargo, los valores medios en puntos alejados de la costa son significativamente
altos. Por el contrario, las concentraciones metales de pesados en las aguas de Portmán
son ligeramente elevadas pero no drásticas, lo que puede indicar que una pequeña
fracción de metales pesados puede ser transferida desde los sedimentos al agua [Martínez
Orozco et al., 1993]. En este sentido, se ha comparado también los parámetros de
histéresis con el contenido de metales que se obtuvo en el trabajo de Carlos Carmona, en el
que determinaron los contenidos de plomo, cinc, hierro, cobre, arsénico, cadmio y
mercurio en ppm. En la misma tabla que en el caso anterior (Tabla 2) se han representado
los parámetros de determinación de las correlaciones lineales más significativas, siendo
las mejores las conseguidas para el plomo, aunque también son significativas las
correlaciones encontradas para el cobre y el arsénico (Tabla 2). Se muestran las
correlaciones de estos metales con el parámetro Ms (Figura 28). SIRM guarda una estrecha
correlación con el parámetro Ms y, como dicho parámetro correlaciona con los metales
pesados citados, cabe esperar que SIRM también lo haga. Lo mismo ocurre con la
~ 33 ~
concentración de magnetita calculada en este trabajo, ya que se ha realizado a partir de los
valores de Ms.
Figura 28. Correlaciones entre Ms y Pb (a), Cu (b) y As (c). Rectas: regresión lineal, R2:
coeficiente de determinación.
Asimismo, se ha correlacionado el contenido de magnetita determinado por métodos de
difracción por rayos X y métodos magnéticos (Figura 29). Se puede observar que la
pendiente de la correlación es prácticamente 1. Esto junto con el elevado valor del
parámetro de determinación indica que es un método válido, a la par que sencillo de
realizar.
Correlación % magnetita
% magnetita (métodos de
difracción de rayos X)
40
35
30
25
20
15
10
y = 1,0118x + 8,0467
R² = 0,8981
5
0
0
7
Figura 29. Correlación entre las
dos formas usadas para calcular
la concentración de magnetita en
las muestras PP. En el eje
horizontal se representa los
valores hallados en este trabajo y
el vertical los calculados en el
trabajo de Carlos Carmona. Recta
negra: ajuste lineal cuya ecuación
también se muestra junto con el
coeficiente de determinación.
10
20
30
40
% magnetita (metódos magnéticos)
Conclusiones y perspectivas de futuro
El estudio de las propiedades magnéticas en las arenas recientes de la Bahía de
Portmán se puede concluir en cuatro puntos fundamentales.
a)
El estudio de las propiedades magnéticas de las muestras PP nos ha mostrado
el alto contenido de materia ferromagnética, predominando la elevada
concentración de magnetita en todas las muestras con rangos que alcanzan el
28%.
~ 34 ~
b)
Se descarta la presencia, o al menos la importancia significativa, de fases
minerales magnéticamente duras, como el hematites o la goethita. Sin
embargo, las magnetitas encontradas son relativamente duras, con
coercitividades superiores a 0.2 T. Asimismo, a pesar de haber serios indicios
de la presencia de sulfuros de hierro en el sistema, no contribuyen
significativamente a la remanencia.
c)
Se ha observado también que las propiedades magnéticas de las muestras PP
responden a una distribución espacial característica en la Bahía, y parece que
esta distribución puede guardar una estrecha relación con la forma en que
fueron depositados los sedimentos en la Bahía en función de las corrientes, de
manera que PP4 se caracteriza por poseer los minerales más antiguos.
d)
No se observan variaciones significativas de las propiedades magnéticas en
profundidad, hasta valores de aproximadamente 80 cm, excluyendo
alteraciones
diagenéticas,
maghemitización
y/o
alteraciones
de
envejecimiento.
A la vista de los resultados conseguidos, se observa concordancia entre las muestras PP y
las muestras M, sin embargo, no se ha podido trazar el proceso de formación de minerales
magnéticos en el lavadero.
Con vistas a estudios posteriores, sería necesario hacer un muestreo mucho más
exhaustivo de la Bahía, tomando más muestras de la línea de costa y, sobre todo, del
interior de la Bahía, de la que solo se tiene el punto PP4. Lo ideal sería tener un mallado de
muestras equidistantes de toda la Bahía. Esto permitiría desarrollar en profundidad la
teoría de la distribución espacial a lo largo de la Bahía de los distintos valores de las
propiedades magnéticas, probar en mayor medida el uso de la magnetita como captor de
metales pesados, esclarecer el proceso de formación de los minerales magnéticos,
determinar las fases oxidadas encontradas en las curvas termomagnéticas, etc.
Con respecto a la recuperación ambiental de la Bahía de Portmán, en la actualidad, se sigue
esperando su regeneración prometida. En el 2011 se aprobó el proyecto: Regeneración y
Restauración ambiental de la Bahía de Portmán que consta de los siguientes planes [BOE,
2011]: i) el dragado de 2 700 000 m3 de colas de residuos, moviendo la línea de costa 250
m tierra adentro, aproximadamente. El 70 % de estos materiales serán secados y tratados
con agentes químicos neutralizantes antes de ser transportados a una antigua mina a cielo
abierto, la cantera de San José, que será sellada para evitar infiltraciones. ii)
Aproximadamente el 30 % de las colas tratadas permanecerán cerca de la orilla del mar
sobre el agregado de balasto y carbonatos, y sobre estas irán una capa de grava, otra de
abono y todo ello será cubierto con plantas locales. iii) Las arenas de la presente playa
serán mezcladas 1:1 con arenas fluviales limpias traídas específicamente para mejorarlo y
evitar posibles reacciones químicas. Esto se hará hasta una profundidad de 10 m [Oyarzun
et al., 2013]. Sin embargo, con este plan, pueden existir ciertos inconvenientes: el dragado
puede tener consecuencias impredecibles para los ecosistemas marinos y hay que tener en
cuenta las interacciones subterráneas del agua del mar con la agregación de capas de
distintos tipos de materiales que se llevará a cabo en la restauración del interior. La alta
~ 35 ~
concentración de hierro en las arenas presenta la opción de re-aprovechar el mineral con
técnicas modernas de extracción como parte de la reconstrucción ambiental del sistema.
Agradecimientos
Me gustaría mostrar mi más sincero agradecimiento a mi tutora, Fátima Martín
Hernández, por la orientación y gran ayuda prestada que ha ido más allá de la realización
del trabajo, mostrándome siempre su apoyo, paciencia y consejo en muchos aspectos
académicos.
A Víctor Villasante Marcos, del Grupo de Paleomagnetismo de la UCM, que tantas veces me
ha ayudado en el laboratorio y prestado su material y a Sara Guerrero Suárez, también del
Grupo de Paleomagnetismo, que me ha acompañado y enseñado distintas técnicas en el
laboratorio.
También quiero expresar mi gratitud al Prof. José Ángel López García, del departamento
de Cristalografía y Mineralogía de la Facultad de CC. Geológicas de la UCM, por facilitarnos
material con el que ha sido posible completar este trabajo, así como por su disposición a
ayudar y por compartir conmigo conocimientos sobre Geología. Agradecer también al Prof.
Pedro Martínez Pagán, de la Universidad Politécnica de Cartagena por el trabajo de campo
y planteamiento original del proyecto.
Con especial cariño a mi familia, ya que gracias a su esfuerzo y apoyo esto ha sido posible.
Referencias
BOE (2011), Resolución de 10 de febrero de 2011, de la Secretaría de Estado de Cambio Climático, por la que
se formula declaración de impacto ambiental del proyecto Regeneración y adecuación ambiental de la
Bahía de Portmán, término municipal de La Unión, Murcia, , 45, 20530–60.
Carmona Manzano, C. (2012), Estudio mineralógico del placer costero de magnetita de la Bahía de Portmán
(Cartagena ) Estudio mineralógico del placer costero de magnetita de la Bahía de Portmán ( Cartagena ),
71 pp., Universidad Complutense de Madrid.
Coey, J. M. D. (2010), Magnetism and Magnetic Materials, Cambridge University Press, Cambridge.
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~ 38 ~
ANEXO
(A) Tabla resumen de los valores de los parámetros de histéresis para todas las
muestras PP y M. Los números entre paréntesis que aparecen en las muestras PP
hacen referencia a los centímetros de profundidad de la calicata vertical.
Muestra
Ms
(Am2/kg)
Mr
(Am2/kg)
Hc (mT)
Hcr (mT)
para (10 -7
m3/kg)
ini (10-5
m3/kg)
PP1-A (0-20)
1.18
0.14
12.02
28.22
5.84
0.98
PP1- B (0-20)
1.51
0.17
10.93
26.44
5.58
1.34
PP1-A (20-40)
1.44
0.17
11.47
26.47
5.91
1.24
PP1-B (20-40)
1.72
0.20
11.41
25.95
5.58
1.57
PP1-A (40-50)
1.58
0.19
11.76
26.85
5.77
1.50
PP1-B (40-50)
1.60
0.19
12.06
28.20
6.02
1.39
PP1-A (50-62)
0.89
0.11
11.35
24.81
5.09
0.84
PP1-B (50-62)
0.85
0.11
12.06
26.02
4.79
0.74
PP1-A (62-71)
1.06
0.12
10.85
25.40
4.95
0.99
PP1-B (62-71)
0.94
0.12
12.05
27.10
5.13
0.86
PP1-A (71-80)
1.12
0.13
11.35
26.12
5.13
1.01
PP1-B (71-80)
1.00
0.12
10.66
24.93
4.76
0.91
PP1B-A (0-20)
5.48
0.59
11.40
27.56
4.35
4.29
PP1B-B (0-20)
5.89
0.63
11.15
27.34
3.92
4.81
PP1B-A (20-30)
5.07
0.53
11.01
27.03
4.61
3.97
PP1B-B (20-30)
4.11
0.45
11.45
27.74
4.59
3.32
PP1B-A (30-38)
3.58
0.41
11.48
26.16
5.42
3.09
PP1B-B (30-38)
3.64
0.41
11.63
26.86
5.35
3.09
PP1B-A (38-47)
4.13
0.45
11.55
26.78
5.27
3.29
PP1B-B (38-47)
4.00
0.44
11.43
26.92
4.80
3.41
PP2-A (0-15)
8.24
0.86
11.33
27.30
4.52
6.66
PP2-B (0-15)
7.04
0.75
11.39
27.37
5.09
5.86
PP2-A (15-27)
17.53
1.58
11.01
28.80
1.99
12.21
PP2-B (15-27)
15.60
1.45
11.03
28.04
4.71
10.97
PP2B-A (0-25)
17.09
1.62
10.92
27.26
-3.05
12.39
PP2B-B (0-25)
17.06
1.59
10.93
27.98
3.47
12.69
PP2B-A (25-30)
16.12
1.51
11.00
28.04
2.10
11.35
PP2B-B (25-30)
14.42
1.46
11.52
28.06
6.18
10.37
PP3A-A
13.90
1.24
11.22
30.40
2.39
9.54
PP3AR-B
14.57
1.33
11.13
29.74
1.15
10.14
PP3A-A AR
17.51
1.67
11.22
28.55
0.73
13.07
PP3A-B AR
17.89
1.68
10.70
28.41
-1.06
13.32
PP3B-A SUP
15.02
1.51
11.14
28.03
5.48
11.45
PP3B-B SUP
15.02
1.54
11.29
28.22
5.30
10.90
PP3B-A INF
6.53
3.63
4.46
0.49
11.67
27.90
PP3B-B INF
3.86
0.43
11.75
28.03
6.58
3.27
PP4-A
15.33
1.57
11.30
29.23
-0.95
11.35
PP4-B
15.22
1.56
11.61
29.65
-0.55
10.82
PP5A-A
10.35
1.05
11.12
27.78
3.96
7.78
PP5B-A
12.11
1.24
11.71
29.22
3.15
9.06
PP5B-B
12.84
1.30
11.34
28.84
2.46
9.16
PP5C-A
9.45
1.02
11.39
27.52
4.86
6.97
PP5C-B
9.97
1.07
11.62
27.49
5.22
7.36
PP5D-A
19.24
1.57
10.33
29.14
-5.52
13.32
PP5D-B
20.05
1.66
10.28
28.38
-6.92
14.70
PP5P-A
12.16
1.21
11.26
28.78
2.39
8.72
PP5P-B
12.39
1.26
11.39
28.58
2.15
8.76
PP6A-A
1.75
0.22
12.67
27.97
4.99
1.43
PP6A-B
2.75
0.35
12.72
27.82
5.42
2.19
PP6B-A
9.41
1.08
11.69
26.99
4.29
7.20
PP6B-B
10.17
1.08
11.60
27.66
4.46
7.70
PP6C-A
9.27
0.97
11.47
27.32
3.54
6.71
PP6C-B
9.12
0.98
11.64
27.60
4.00
6.91
M1
1.29
0.17
13.53
27.63
8.63
1.85
M2
1.54
0.18
12.02
25.52
8.22
0.69
M3
3.24
0.51
13.98
27.25
6.01
0.23
M4
5.22
0.69
13.19
26.67
10.64
5.23
M5
0.34
0.04
12.74
26.12
7.25
-0.07
M6
0.06
0.01
12.57
24.67
7.73
0.18
M7
0.02
0.00
13.01
28.54
7.62
0.09
M8
0.06
0.01
12.37
28.08
7.16
0.11
M9
0.10
0.01
13.25
26.76
7.87
0.26
M10
0.33
0.04
13.76
29.93
8.76
0.52
M11
0.76
0.09
14.30
31.81
8.71
0.07
M12
0.26
0.03
12.62
27.73
7.99
0.12
M13
0.04
0.01
15.49
30.68
3.14
0.05
M14
0.56
0.06
12.67
32.44
2.02
0.26
M15
4.02
0.51
11.52
23.50
3.42
6.35
M16
0.20
0.03
11.81
22.51
3.68
0.29
(B) Tabla de parámetros derivados del análisis de coercitividad de la IRM para las
muestras PP y M hasta 0.5 T para las tres componentes de coercitividad significativas
Muestra
PP1-A
(0-20)
PP1- B
(0-20)
PP1-A
(20-40)
PP1-B
(20-40)
PP1-A
(40-50)
PP1-B
(40-50)
PP1-A
(50-62)
PP1-B
(50-62)
PP1-A
(62-71)
PP1-B
(62-71)
PP1-A
(71-80)
PP1-B
(71-80)
PP1B-A
(0-20)
PP1B-B
(0-20)
PP1B-A
(20-30)
PP1B-B
(20-30)
PP1B-A
(30-38)
PP1B-B
(30-38)
PP1B-A
(38-47)
PP1B-B
(38-47)
PP2-A
(0-15)
PP2-B
(0-15)
PP2-A
(15-27)
PP2-B
(15-27)
PP2-A
(0-25)
PP2-B
(0-25)
PP2-A
Componente 1
SIRM 1
B1/2 1 DP 1
(Am2/kg) (mT)
(mT)
Componente 2
SIRM 2
B1/2 2 DP 2
(Am2/kg) (mT)
(mT)
Componente 3
SIRM 3
B1/2 3
DP 3
(Am2/kg)
(mT)
(mT)
0.130000
38.02
0.29 0.008000
10.00
0.35 0.003000
100.00
1.00
0.150000
33.88
0.30 0.008000
6.31
0.35 0.005000
158.49
0.75
0.155000
36.31
0.29 0.010000
15.85
0.30 0.001000
316.23
0.20
0.185000
33.11
0.30 0.008000
6.31
0.35 0.005000
158.49
0.75
0.175000
35.48
0.30 0.010000
10.00
0.30 0.001000
316.23
0.20
0.180000
36.31
0.31 0.005000
6.31
0.35 0.000800
158.49
0.75
0.101000
31.62
0.30 0.001000
6.31
0.35 0.001000
158.49
0.75
0.105000
33.88
0.31 0.001000
6.31
0.35 0.000800
158.49
0.75
0.112000
33.11
0.30 0.002500
6.31
0.40 0.001000
100.00
0.35
0.112000
35.48
0.30 0.002500
6.31
0.30 0.001000
100.00
0.35
0.126000
33.88
0.31 0.001000
6.31
0.35 0.000800
158.49
0.75
0.109000
33.88
0.31 0.001000
6.31
0.35 0.000800
158.49
0.75
0.450000
38.02
0.28 0.110000
25.12
0.46 0.005000
251.19
0.80
0.500000
38.90
0.28 0.110000
25.12
0.45 0.005000
316.23
0.20
0.500000
37.15
0.29 0.010000
6.31
0.30 0.001000
398.11
0.10
0.420000
37.15
0.30 0.010000
6.31
0.30 0.001000
316.23
0.20
0.380000
35.48
0.30 0.008000
6.31
0.35 0.005000
158.49
0.75
0.380000
35.48
0.30 0.008000
6.31
0.35 0.005000
158.49
0.75
0.420000
36.31
0.29 0.010000
6.31
0.30 0.001000
316.23
0.20
0.410000
35.48
0.30 0.010000
6.31
0.30 0.001000
316.23
0.20
0.760000
39.81
0.29 0.060000
15.85
0.35 0.010000
316.23
0.35
0.660000
38.02
0.29 0.060000
15.85
0.30 0.010000
316.23
0.35
1.450000
39.81
0.30 0.050000
10.00
0.32 0.015000
316.23
0.28
1.300000
39.81
0.30 0.100000
15.85
0.45 0.009000
398.11
0.10
1.450000
39.81
0.30 0.100000
15.85
0.45 0.009000
398.11
0.10
1.450000
1.350000
39.81
39.81
0.30 0.100000
0.30 0.100000
15.85
15.85
0.45 0.009000
0.45 0.009000
398.11
398.11
0.10
0.10
(25-30)
PP2-B
(25-30)
PP3A-A
PP3ARB
PP3A-A
AR
PP3A-B
AR
PP3B-A
SUP
PP3B-B
SUP
PP3B-A
INF
PP3B-B
INF
PP4-A
PP4-B
PP5A-A
PP5B-A
PP5B-B
PP5C-A
PP5C-B
PP5D-A
PP5D-B
PP5P-A
PP5P-B
PP6A-A
PP6A-B
PP6B-A
PP6B-B
PP6C-A
PP6C-B
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
M9
M10
M11
M12
M13
M14
M15
M16
1.350000
1.140000
39.81
42.66
0.30 0.050000
0.30 0.050000
10.00
10.00
0.34 0.020000
0.34 0.020000
316.23
316.23
0.35
0.35
1.200000
41.69
0.30 0.045000
15.85
0.50 0.040000
158.49
0.35
1.500000
39.81
0.30 0.100000
15.85
0.45 0.009000
398.11
0.10
1.500000
39.81
0.30 0.100000
15.85
0.45 0.009000
398.11
0.10
1.380000
39.81
0.30 0.100000
15.85
0.45 0.009000
398.11
0.10
1.380000
39.81
0.29 0.100000
15.85
0.45 0.009000
398.11
0.10
0.370000
39.81
0.28 0.100000
22.39
0.30 0.005000
630.96
0.10
0.380000
1.380000
1.380000
0.900000
1.070000
1.200000
0.950000
1.000000
1.400000
1.450000
1.050000
1.150000
0.210000
0.330000
1.000000
1.000000
0.900000
0.000088
0.10800
0.20000
0.68000
0.65000
0.06050
0.00316
0.00174
0.00024
0.00700
0.03200
0.12820
0.03750
0.00630
0.06600
0.34250
0.02700
38.02
43.65
43.65
41.69
41.69
39.81
38.90
38.90
43.65
41.69
40.74
41.69
38.90
38.90
38.90
38.02
39.81
39.81
43.65
30.20
30.20
31.62
29.51
31.62
33.88
63.10
39.81
39.81
35.48
31.62
39.81
38.90
32.36
29.51
0.28
0.30
0.29
0.29
0.29
0.30
0.30
0.29
0.29
0.29
0.28
0.30
0.29
0.30
0.29
0.30
0.30
0.29
0.24
0.30
0.31
0.29
0.30
0.30
0.28
0.34
0.30
0.30
0.30
0.30
0.25
0.30
0.28
0.29
7.94
15.85
15.85
15.85
15.85
7.94
5.01
7.94
12.59
12.59
10.00
12.59
10.00
6.31
6.31
4.17
5.62
10.00
12.02
7.94
6.31
7.94
7.94
6.31
7.94
10.00
10.00
6.31
5.01
6.31
6.31
6.31
7.94
6.31
0.30
0.45
0.45
0.40
0.40
0.36
0.36
0.32
0.40
0.40
0.37
0.40
0.35
0.30
0.32
0.30
0.30
0.30
0.38
0.41
0.34
0.45
0.38
0.32
0.50
0.35
0.40
0.37
0.38
0.38
0.50
0.25
0.40
0.30
100.00
398.11
398.11
398.11
398.11
316.23
316.23
316.23
398.11
398.11
316.23
398.11
398.11
398.11
316.23
398.11
316.23
1000.00
199.53
199.53
251.19
316.23
316.23
158.49
199.53
316.23
316.23
316.23
316.23
199.53
316.23
316.23
316.23
316.23
0.35
0.20
0.20
0.20
0.20
0.35
0.35
0.35
0.20
0.20
0.35
0.25
0.25
0.25
0.35
0.25
0.25
0.11
1.00
1.00
1.00
1.50
0.35
0.60
0.30
0.16
0.60
2.00
1.50
0.50
0.09
1.00
0.55
0.35
0.020000
0.100000
0.100000
0.100000
0.100000
0.020000
0.020000
0.020000
0.100000
0.100000
0.070000
0.060000
0.007000
0.009000
0.020000
0.010000
0.010000
0.000005
0.00900
0.00900
0.01800
0.03000
0.00600
0.00020
0.00009
0.00001
0.00050
0.00100
0.00200
0.00100
0.00015
0.00220
0.04000
0.00200
0.020000
0.030000
0.020000
0.009000
0.009000
0.030000
0.030000
0.030000
0.020000
0.030000
0.030000
0.015000
0.005000
0.009000
0.030000
0.020000
0.020000
0.000250
0.00200
0.00020
0.00900
0.00500
0.00010
0.00009
0.00006
0.00004
0.00009
0.00010
0.00010
0.00050
0.00010
0.00030
0.00300
0.00001
(C) Tabla de parámetros derivados del análisis de coercitividad de la IRM para las
muestras PP hasta 4 T
Muestra
PP1B-A
(30-38)
PP2-B
(25-30)
PP3B-A
SUP
PP4-A
PP5P-B
PP6C-B
SIRM 1
(Am2/kg)
Componente 1
B1/2 1
(mT)
DP 1
(mT)
SIRM 2
(Am2/kg)
Componente 2
B1/2 2
(mT)
DP 2
(mT)
0.280
39.81
0.33
0.0150
562.34
0.10
0.660
54.95
0.23
0.0570
316.23
0.16
0.580
0.620
0.640
0.568
63.10
70.79
70.79
58.88
0.24
0.25
0.22
0.23
0.0300
0.0200
0.0200
0.0280
223.87
630.96
562.34
446.68
0.08
0.10
0.09
0.18
(D) Gráficas de las curvas termomagnéticas de las 26 muestras analizadas. En rojo el
calentamiento y en azul el enfriamiento.
PP1 (0-20)
PP1 (30-40)
1,6
2,0
1,4
1,5
M (Am2/kg)
M (Am2/kg)
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
1,0
0,5
0,2
0,0
0,0
0
200
400
600
800
0
200
T (°C)
400
600
800
T (°C)
PP1 (40-50)
PP1-A (71-80)
2,5
2,0
2,0
M (Am2/kg)
M (Am2/kg)
1,5
1,5
1,0
0,5
1,0
0,5
0,0
-0,5
0,0
0
200
400
600
800
0
200
T (°C)
600
800
T (°C)
PP1B-B (0-20)
PP1B (20-30)
7
3,0
6
2,5
5
M (Am2/kg)
M (Am2/kg)
400
4
3
2
2,0
1,5
1,0
0,5
1
0
0,0
0
200
400
T (°C)
600
800
0
200
400
T (°C)
600
800
PP1B (38-47)
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
10
8
M (Am2/kg)
M (Am2/kg)
PP1B (30-38)
6
4
2
0
0
200
400
600
800
0
200
T (°C)
M (Am2/kg)
M (Am2/kg)
1,2
0,8
0,4
0,0
400
T (°C)
600
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
800
M (Am2/kg)
M (Am2/kg)
T (°C)
400
600
800
PP2A (25-30)
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
500
200
T (°C)
PP2 (0-15)
0
800
PP1B (62-71)
1,6
200
600
T (°C)
PP1B (50-62 SK3)
0
400
1000
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
200
400
T (°C)
600
800
PP2B (25-27)
25
25
20
20
M (Am2/kg)
M (Am2/kg)
PP2B (0-25)
15
10
5
15
10
5
0
0
-5
0
200
400
600
800
0
200
T (°C)
M (Am2/kg)
M (Am2/kg)
400
600
800
0
200
12
M (Am2/kg)
M (Am2/kg)
10
8
6
4
2
0
-2
T (°C)
800
600
800
PP4B
14
400
400
T (°C)
PP3B-SUP
200
600
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
T (°C)
0
800
PP3B-ar
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
200
600
T (°C)
PP3AR - B
0
400
600
800
16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
0
200
400
T (°C)
PP5B-5
PP5A-B
16
14
M (Am2/kg)
M (Am2/kg)
12
10
8
6
4
2
0
0
200
400
600
16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
800
0
200
T (°C)
800
600
800
PP5D-B
25
7
6
5
4
3
2
1
0
-1
20
M (Am2/kg)
M (Am2/kg)
600
T (°C)
PP5C
15
10
5
0
0
200
400
600
800
0
200
T (°C)
PP6A
M (Am2/kg)
16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
0
200
400
T (°C)
400
T (°C)
PP5P
M (Am2/kg)
400
600
800
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
-0,5
0
200
400
T (°C)
600
800
PP6C
12
14
10
12
8
10
M (Am2/kg)
M (Am2/kg)
PP6B
6
4
2
0
8
6
4
2
-2
0
0
200
400
T (°C)
600
800
0
200
400
T (°C)
600
800
(E) Tabla de temperaturas de Curie encontradas para las muestras PP
Muestras
PP1 (0-20)
PP1 (30-40)
PP1 (40-50)
PP1-A (71-80)
PP1B-B (0-20)
PP1B (20-30)
PP1B (30-38)
PP1B (38-47)
PP1B (50-62-SK3)
PP1B (62-71)
PP2 (0-15)
PP2 (25-30)
PP2B (0-25)
PP2B (25-27)
PP3AR-B
PP3B-ar
PP3B-SUP
PP4B
PP5A-B
PP5B-5
PP5C
PP5DB
PP5P
PP6A
Tc (°C)
568
573
569
578
563
574
594
576
573
594
578
563
560
562
574
569
570
558
566
564
591
559
558
573