Magnetismo. Geofisica Scienze Geologiche UNIFE Aa Concetti base. N. Abu Zeid

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1 Magnetismo Geofisica Scienze Geologiche UNIFE Aa Concetti base N. Abu Zeid

2 metodi magnetici parte 03

3 Magnetismo: riassunto Unità Descrizione parametro Simbolo Unità SI Unità c.g.s. cgs/mks Polo magnetico p A m (dina) 1/2.cm Permeabilità magnetica µ H/m adimensionale 1/4πx10-7 Permeabilità magn. relativa µ r adimensionale Adimensionale Intensità campo indotto B Wb/m 2 =Tesla Gauss/gamma 10 4 Intensità campo Magnetico H A/m Oersted 4πx10-3 Intensità di magnetizzazione 1 J o I A/m Oe 4πx10-3 Momento Magnetico M A.m 2 Oe.cm Suscettività Magnetica K o χ Adimension. Adimension. 4π Rapporto Koenigsberger Q Adimension. Adimension. 1=1 Nota: Gauss=(dina) 1/2.cm -1 Nota: 1 Gamma=10-5 Oe. Nota Bene: (1 Oe=1/4π.10 3 =~80 A/m) 1 Gamma=1 nt (nano Tesal) Nota: 1 Tesla=10 4 Oe Nota: Henry: unità di misura dell induttanza elettrica. In un induttore di 1 H, una variazione di corrente di 1 A al secondo genera una f.e.m. di 1 volt. H/m=Wb/A.m 1: intensità di magnetizzazione si scrive anche come emu/cm 3. 1 emu=1 erg/g = 10-3 A.m 2 ==10-3 J/T

4 Magnetismo: origine -sistemi di correnti -interni ed esterni alla terra che contribuiscono alla formazione del campo magnetico terrestre Campo principale, (o geodinamo), Campo crostale, Campo esterno (interazione tra il vento solare e il campo geomagnetico), Campo d induzione elettromagnetica (correnti indotte nella crosta e nel mantello dal campo esterno variabile nel tempo. Il campo magnetico osservato in superficie mostra come esso per il 94% analogo a quello generato da un dipolo situato al centro della Terra il cui asse è inclinato, rispetto all asse di rotazione terrestre, di circa Il resto è dovuto a sorgenti esterne e sorgenti presente nella crosta superiore

5 Magnetismo: il campo magnetico - dipolare polo Geomagnetico nord: Lat N, Long. 70 W (Groenlandia) polo Geomagnetico sud: Lat S, 110 E (Antartide) polo magnetico nord: Lat. 75 N, 101 W polo magnetico sud: Lat. 67 N, 143 E Intensità del campo magnetico: ai poli compo. Verticale: (Z= nto gamma) all equatore compo. Orizzontale: (H= nto gamma)

6 Magnetismo: il campo magnetico poli magnetici e equatore magnetico

7 Magnetismo: il campo magnetico dipolare e non dipolare (1) Interno/dipolare ~ 94% del c.m.t. - Momento (terra): c.g.s : A.m 2 - tg(i)=2.tg(φ latitudine geocentrica) - Intensità (c.m.t.)= c.g.s. 87 A/m - Intensità (ferro)= 1700 c.g.s A/m È evidente che il c.m.t.è un campo debole

8 Magnetismo: il campo magnetico dipolare e non dipolare (1) Interno/dipolare ~ 94% del c.m.t. meno il campo terrestre osservato risulta in: (2) interno/ non dipolare ~ 3-4% Inoltre c è il contributo degli effetti esterni (3) Esterno ~ 3% IGRF: Internatinal Geomagntic Reference Field Il modello geomagnetico teorico: (1)non considera anomalie con λ< 500 km (2) modello analitico (3)rappresenta il valore di riferimento per il calcolo dell anomalia magnetica

9 Magnetismo: il campo magnetico dipolare - elementi Elementi del campo magnetico terrestre 1. Z 2. H(x) 3. H(y) 4. H 5. Ft 6. Declinazione 7. Inclinazione Relazioni tra i diversi elementi del c.m.t. ) Relazione tra I e latitudine geocentrica (ϕ) è importante per studi di paleomagnetismo

10 Magnetismo: il campo magnetico inclinazione (I) 2000 e variazione (minuti/anno) Isocline (gradi-anno/epoca 2000) variazione (minuti/anno)

11 Magnetismo: il campo magnetico declinazione (D gradi) 2000 e variazione (minuti/anno) Isogone (gradi-anno/epoca 2000) variazione (minuti/anno)

12 Magnetismo: il campo magnetico mappe campo magnetico declinazione terrestre (Isogone)- epoca 1975) epoca 1975

13 Magnetismo: il campo magnetico declinazione (D) Verde: direzione nord (nessuna variazione) Rosso: direzione est (valore angolo positivo) Blue: direzione ovest (valore angolo negativo)

14 Magnetismo: il campo magnetico mappe campo magnetico declinazione terrestre Declinazione: l angolo tra il vettore del nord magnetico (componente orizzontale H) ed il nord geografico. Esempio: Se D= 10 verso ovest L ago della bussola si disporrà lungo la direzione del nord magnetico (10 W), mentre il nord geografico è a 10 verso est. La Dvaria con lo spazio ed il tempo. A Ferrara: (Lat. 44.8, Long ) D= 2.97 E+/-0.34 (variazione temporale prevista all anno è di 0.11 )

15 Magnetismo: il campo magnetico intensità totale Ft (nt) 2000 e variazione (minuti/anno) Isolinee (nt/epoca 2000) variazione (nt/anno) nt/anno

16 Magnetismo: il campo magnetico mappe campo magnetico componente totale (Ft) e variazione secolare annua (media) terrestre (epoca 1975) Linea tratteggiata (rosso): variazioni secolari Componente totale (Ft) c.m.t.(isolinee: 2000 nt=2000 gamma)

17 Magnetismo: il campo magnetico intensità componente verticale (Z nt) 2000 e variazione (minuti/anno) Isolinee (Z nt/epoca 2000) variazione (Z nt/anno)

18 Magnetismo: il campo magnetico intensità componente verticale (Z nt) 2000 e variazione (minuti/anno) Isolinee Ft (nt/epoca 2000) I valori componenti totale e verticale sono pressoché simili ai poli magnetici Freccia inclinata in alto a sinistra Isolinee Z (nt epoca 2000

19 Il campo magnetico terrestre viene misurata anche nello spazio dai sattelliti Questo è possibile perché il campo magnetico è conservativo quindi può essere derivato dal potenziale attraverso una operazione matematica denominata prolungamento Prolungamento verso l alta (+h)/basso - h field continuation B(a+h) B(a) B(a km) altitudine superficie terrstre CMB sattellite Conseguenza: è possibile separare Il campo esterno da quelllo Interno ovvero collocare le sorgenti al loro posto

20 C.m.t. Altitudine satellite Superficie terrestre A km (nucleo)

21 C.m.t. Superficie terrestre A km (nucleo)

22 Magnetismo: il campo magnetico terrestre Variazioni temporali del c.m.t.

23 Magnetismo: il campo magnetico terrestre Variazioni secolari 1550 Studio del paleomagnetismo Hanno confermato la deriva verso ovest 1990 Componente interna: dipolare:variazione secolare (precessione 0.05 /anno + var. intensità dipolo) non dipolare(deriva verso ovest 0.18 /anno e var. intensità) Rapporto Non-dipolare/dipolare=4/1

24 Magnetismo: il campo magnetico terrestre Inclinazione (i) Variazioni secolari deriva verso ovest Studi simili effettuati in altre Zone: Inclinazione (i) declinazione (D) declinazione (D) 1) Londra 2) Sicilia Confermano la deriva verso ovest, ma sempre intorno all asse di rotazione terrestre (vede diapositiva successiva)

25 Magnetismo: il campo magnetico terrestre Variazioni secolari-poli di rotazione paleomagnetici Risultati analisi paleomagnetiche Nel periodo Permiano e Tardo Terziario-Pleistocene C: Permiano (Corsica) croci: Permiano (Nord Alpi, Pirenet) E: Permiano (ALPI) poli di rotazione nel periodo Tardo terziario-pleistocene la posizione dei paleo-poli supporta la teoria della deriva dei contenenti

26 Magnetismo: il campo magnetico terrestre Variazione secolare: riassunto La variazione secolare osservata negli ultimi 400 anni conferma: diminuzione media di M del dipolo dell'ordine dello 0.05% all'anno; precessione verso ovest dell'asse del dipolo di 0.05 all'anno; spostamento del dipolo verso nord dell'ordine di 2 km all'anno; una deriva occidentale del campo non dipolare, o parte di esso, di all'anno, accompagnata da una possibile ma non ben precisa deriva meridionale; variazione di intensità del campo non dipolare di circa 10 nt all'anno.

27 Variazioni del campo magnetico terrestre (3%) Componente esterna (valore medio nullo): cause 1. Ciclo delle macchie solari 2. Rotazione del sole 3. Variazione diurna 4. Vento solare 5. Attività temporalesca 6. Tempeste magnetiche, baie

28 Magnetismo: il campo magnetico campo elettrico - Forza - Regola della mano destra

29 Magnetismo: il prodotto vettoriale

30 Magnetismo: il campo magnetico terrestre F forza di Lorentz - Origine esterna Distanza dalla terra 14 raggi (momenti di calma Meno in presenza di tempeste solari (-) elettroni (+) protoni Essendo un prodotto vettoriale tra due vettori V e B: Fè perpendicolare sia alla direzione del c.m.t. sia a quello di arrivo di qdal sole

31 Magnetismo: il campo magnetico terrestre SSC «Storm Sudden Commencment) Origine esterna Grafico da libro fig. 11 Immediatamente dopo l'ssc (circa un'ora) si ha aumento repentino dell'intensità della componente orizzontale H(può raggiungere decine di nt entro 2-3 minuti.

32 Magnetismo: il campo magnetico terrestre Spettro di frequenza della componente esterna del c.m.t. Origine esterna Baie: inizio tempesta magnetica che poi non avviene maree variazione pressione vento solare attività meteorologiche ciclo solare secondi macchie solari

33 Magnetismo: il campo magnetico terrestre Effetto disturbi esterni al c.m.t. variazione diurna latitudine H Z ora

34 Magnetismo: il campo magnetico terrestre Effetto disturbi esterni al c.m.t. ======== variazione diurna B) correzione positiva (+) A) correzione negativa(-) ❶ Stazione base e/o osservatorio geomagnetico ❶ Piano di riferimento (nt) ❷

35 Magnetismo: il campo magnetico terrestre polarità normale ed inversa + +

36 Magnetismo: il campo magnetico terrestre Inversione di polarità ultimi 170 ma Le più recenti scale di polarità del campo geomagnetico: > 300 inversioni negli ultimi 166 mila. il verso della parte dipolare del campo geomagnetico si inverte in media ogni di anni, ai anni è l intervallo di tempo tra una inversione e l altra è molto variabile

37 Magnetismo: il campo magnetico terrestre Crono 0.1-1ma sub-crono Inversione di polarità ultimi sub-crono

38 Magnetismo: il campo magnetico terrestre La polarità anche nel periodo di prevalenza «crono» subisce delle variazioni che non necessariamente risultano in un inversione di polarità: Crono 0.1-1ma sub-crono

39 Magnetismo: il campo magnetico terrestre Cause? Inversione di polarità - geodinamica Anomalie magnetiche a strisce Espansione dei fondali oceanici (p.es. Atlantico e Pacifico) nt Cause della risposta così variabile della Ft? (1)spessore # costante (2)mineralogia diversa Le strisce permettono di determinare: (1) Intensità campo e (2) Direzione ovvero determinare in anni le paleo epoche magnetiche velocità di espansione: 1-5 cm/anno

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41 Magnetismo: il campo magnetico terrestre Inversione di polarità geodinamica - Anomalie magnetiche a strisce Espansione dei fondali oceanici Età crosta continentale vicino ai margini: è circa 200 ma In corrispondenza dei dorsali la roccia è più giovane

42 Magnetismo: il campo magnetico terrestre Inversione di polarità geodinamica velocità di espansione Anomalie magnetiche a strisce Espansione dei fondali oceanici

43 Magnetismo: il campo magnetico terrestre Inversione di polarità geodinamica velocità di espansione altre considerazioni di natura tettonica N N Profili magnetici sfasati (freccia), di circa 13, dalla faglia trasforme al largo di capo Mendocino (pacifico orientale)

44 Magnetismo: il campo magnetico terrestre Inversione di polarità geodinamica velocità di espansione altre considerazioni di natura tettonica Profili magnetici sfasati, di circa 13, dalla faglia trasforme al largo di capo Mendocino (pacifico orientale) Modello interpretativo A) Faglia? B) Faglia?

45 Magnetismo: indebolimento del c.m.t. == verso l inversione di direzione? Variazione intensità Campo indotta B 33, nt nt 45

46 metodi magnetici Fine parte 03