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El paleomagnetismo (o paleomagnetismo ) es el estudio de los campos magnéticos de la Tierra prehistórica registrados en rocas, sedimentos o materiales arqueológicos. Los geofísicos que se especializan en paleomagnetismo se denominan paleomagnetistas.
Ciertos minerales magnéticos presentes en las rocas pueden registrar la dirección e intensidad del campo magnético terrestre en el momento de su formación. Este registro proporciona información sobre el comportamiento pasado del campo geomagnético y la ubicación pasada de las placas tectónicas . El registro de las inversiones geomagnéticas conservado en secuencias de rocas volcánicas y sedimentarias ( magnetoestratigrafía ) proporciona una escala temporal que se utiliza como herramienta geocronológica .
Las evidencias paleomagnéticas propiciaron el resurgimiento de la hipótesis de la deriva continental y su transformación en la teoría moderna de la tectónica de placas. Las aparentes trayectorias de deriva polar proporcionaron la primera evidencia geofísica clara de la deriva continental, mientras que las anomalías magnéticas marinas hicieron lo mismo con la expansión del fondo oceánico . Los datos paleomagnéticos continúan extendiendo la historia de la tectónica de placas hacia el pasado, limitando la posición y el movimiento antiguos de los continentes y los fragmentos continentales ( terrenos ).
El campo del paleomagnetismo también abarca mediciones equivalentes de muestras de otros cuerpos del Sistema Solar, como rocas lunares y meteoritos , donde se utiliza para investigar los antiguos campos magnéticos de esos cuerpos y la teoría de la dinamo . El paleomagnetismo se basa en los avances en el magnetismo de las rocas y se solapa con el biomagnetismo , las estructuras magnéticas (utilizadas como indicadores de deformación en rocas y suelos) y el magnetismo ambiental .
Historia
Ya en el siglo XVIII se observó que las agujas de las brújulas se desviaban cerca de afloramientos fuertemente magnetizados . En 1797, Alexander von Humboldt atribuyó esta magnetización a los rayos (y los rayos a menudo magnetizan las rocas superficiales). [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Los estudios del siglo XIX sobre la dirección de la magnetización en las rocas mostraron que algunas lavas recientes estaban magnetizadas paralelamente al campo magnético terrestre . A principios del siglo XX, el trabajo de David, Bernard Brunhes y Paul Louis Mercanton mostró que muchas rocas estaban magnetizadas antiparalelamente al campo. El geofísico japonés Motonori Matuyama demostró a finales de la década de 1920 que el campo magnético terrestre se invirtió a mediados del Cuaternario , una inversión ahora conocida como la inversión de Brunhes-Matuyama . [ 5 ] [ 6 ]
El físico británico PMS Blackett dio un gran impulso al paleomagnetismo al inventar un magnetómetro astático sensible en 1956. Su intención era poner a prueba su teoría de que el campo geomagnético estaba relacionado con la rotación de la Tierra , una teoría que finalmente rechazó; pero el magnetómetro astático se convirtió en la herramienta básica del paleomagnetismo y condujo a un resurgimiento de la teoría de la deriva continental.
Alfred Wegener propuso por primera vez en 1915 que los continentes alguna vez estuvieron unidos y desde entonces se han separado. [ 7 ] [ 8 ] Aunque produjo abundante evidencia circunstancial, su teoría tuvo poca aceptación por dos razones: (1) no se conocía ningún mecanismo para la deriva continental, y (2) no había forma de reconstruir los movimientos de los continentes a lo largo del tiempo. Keith Runcorn [ 9 ] y Edward A. Irving [ 10 ] construyeron trayectorias de deriva polar aparentes para Europa y América del Norte. Estas curvas divergían pero podían conciliarse si se asumía que los continentes habían estado en contacto hasta hace 200 millones de años. Esto proporcionó la primera evidencia geofísica clara de la deriva continental. Luego, en 1963, Morley, Vine y Matthews mostraron que las anomalías magnéticas marinas proporcionaban evidencia de la expansión del fondo oceánico .
Campos
El paleomagnetismo se estudia en diversas escalas:
- La variación secular geomagnética se refiere a los cambios a pequeña escala en la dirección e intensidad del campo magnético terrestre. El polo norte magnético se desplaza constantemente con respecto al eje de rotación de la Tierra. El magnetismo es un vector, por lo que la variación del campo magnético se estudia mediante mediciones paleodireccionales de la declinación e inclinación magnéticas , así como mediante mediciones de paleointensidad.
- La magnetoestratigrafía utiliza el historial de inversión de polaridad del campo magnético terrestre, registrado en las rocas, para determinar la edad de estas. Las inversiones se han producido a intervalos irregulares a lo largo de la historia de la Tierra . La edad y el patrón de estas inversiones se conocen gracias al estudio de las zonas de expansión del fondo oceánico y la datación de rocas volcánicas .
Principios
El estudio del paleomagnetismo es posible gracias a que los minerales que contienen hierro, como la magnetita, pueden registrar la polaridad pasada del campo magnético terrestre. Las huellas magnéticas en las rocas pueden registrarse mediante diversos mecanismos.
Magnetización termorremanente
Los minerales de óxido de hierro y titanio presentes en el basalto y otras rocas ígneas pueden conservar la dirección del campo magnético terrestre cuando las rocas se enfrían hasta alcanzar la temperatura de Curie de dichos minerales. La temperatura de Curie de la magnetita, un óxido de hierro del grupo de la espinela , es de aproximadamente 580 °C (1076 °F) , mientras que la mayoría del basalto y el gabro se cristalizan completamente a temperaturas inferiores a 900 °C (1650 °F) . Por lo tanto, los granos minerales no giran físicamente para alinearse con el campo magnético terrestre, sino que pueden registrar la orientación de dicho campo. Este registro se denomina magnetización termorremanente (TRM).
Debido a que pueden producirse reacciones de oxidación complejas durante el enfriamiento de las rocas ígneas tras la cristalización, la orientación del campo magnético terrestre no siempre se registra con precisión, ni necesariamente se conserva dicho registro. No obstante, en los basaltos de la corteza oceánica, este registro se ha conservado lo suficientemente bien como para haber sido fundamental en el desarrollo de las teorías sobre la expansión del fondo marino relacionadas con la tectónica de placas.
La TRM también puede registrarse en hornos de cerámica , hogares y edificios de adobe quemado. La disciplina basada en el estudio de la magnetización termorremanente en materiales arqueológicos se denomina datación arqueomagnética . [ 11 ] Aunque el pueblo maorí de Nueva Zelanda no fabrica cerámica, sus hornos de vapor de entre 700 y 800 años de antigüedad, o hāngī , proporcionan material arqueomagnético adecuado. [ 12 ]
magnetización remanente detrítica
En un proceso completamente distinto, los granos magnéticos en los sedimentos pueden alinearse con el campo magnético durante o poco después de la deposición; esto se conoce como magnetización remanente detrítica . Si la magnetización se adquiere a medida que se depositan los granos, el resultado es una magnetización remanente detrítica deposicional; si se adquiere poco después de la deposición, es una magnetización remanente detrítica postdeposicional. [ 13 ]
magnetización remanente química
En un tercer proceso, los granos magnéticos crecen durante reacciones químicas y registran la dirección del campo magnético en el momento de su formación. Se dice que el campo queda registrado por la magnetización remanente química (CRM). Una forma común la presenta el mineral hematita , otro óxido de hierro . La hematita se forma mediante reacciones de oxidación química de otros minerales en la roca, incluida la magnetita. Las capas rojas , rocas sedimentarias clásticas (como las areniscas ), son rojas debido a la hematita que se formó durante la diagénesis sedimentaria . Las señales de CRM en las capas rojas pueden ser muy útiles y son objetivos comunes en los estudios de magnetoestratigrafía. [ 14 ]
Magnetización remanente isotérmica
La remanencia que se adquiere a una temperatura fija se denomina magnetización remanente isotérmica (MRI). Este tipo de remanencia no es útil para el paleomagnetismo, pero puede adquirirse como resultado de descargas eléctricas. La magnetización remanente inducida por rayos se distingue por su alta intensidad y rápida variación direccional en escalas de centímetros. [ 15 ] [ 14 ]
La magnetización remanente inducida (IRM) suele producirse en los testigos de perforación por el campo magnético del tubo de acero. Este contaminante generalmente se encuentra paralelo al tubo y la mayor parte puede eliminarse calentando la muestra hasta aproximadamente 400 °C o desmagnetizándola con un campo alterno de baja intensidad. En el laboratorio, la IRM se induce aplicando campos de diversa intensidad y se utiliza para múltiples fines en el estudio del magnetismo de las rocas .
Magnetización remanente viscosa
La magnetización remanente viscosa es la remanencia que adquieren los materiales ferromagnéticos al estar expuestos a un campo magnético durante un tiempo. En las rocas, esta remanencia suele estar alineada con la dirección del campo geomagnético actual. La fracción de la magnetización total de una roca que corresponde a la magnetización remanente viscosa depende de su mineralogía magnética.
Muestreo
Las rocas más antiguas del fondo oceánico tienen 200 millones de años: muy jóvenes en comparación con las rocas continentales más antiguas, que datan de hace 3.800 millones de años. Para obtener datos paleomagnéticos de más de 200 millones de años, los científicos recurren a muestras terrestres que contienen magnetita para reconstruir la antigua orientación del campo magnético terrestre. Los paleomagnetistas, al igual que muchos geólogos, se sienten atraídos por los afloramientos rocosos porque exponen capas de roca. Los cortes de carreteras son una fuente artificial muy conveniente de afloramientos.
- "Y por todas partes, en abundancia a lo largo de esta media milla de [corte de carretera], hay pequeños agujeros cuidadosamente perforados... parece ser un Hilton para reyezuelos y golondrinas purpúreas." [ 16 ]
El muestreo tiene dos objetivos principales:
- Recuperar muestras con orientaciones precisas y
- Reducir la incertidumbre estadística.
Una forma de lograr el primer objetivo es utilizar una perforadora de roca con una broca de diamante en la punta. La perforadora corta un espacio cilíndrico alrededor de la roca. En este espacio se inserta un tubo con una brújula y un inclinómetro incorporados. Estos proporcionan la orientación. Antes de retirar este dispositivo, se marca la muestra. Una vez que se desprende la muestra, la marca se puede ampliar para mayor claridad. [ 17 ]
Aplicaciones
Las evidencias paleomagnéticas, tanto de inversiones como de datos de deriva polar, fueron fundamentales para verificar las teorías de la deriva continental y la tectónica de placas en las décadas de 1960 y 1970. Algunas aplicaciones de la evidencia paleomagnética para reconstruir la historia de los terrenos han seguido generando controversias. La evidencia paleomagnética también se utiliza para determinar posibles edades de rocas y procesos, así como para reconstruir la historia de deformación de partes de la corteza. [ 4 ]
La magnetoestratigrafía inversa se utiliza a menudo para estimar la edad de yacimientos con fósiles y restos de homininos . [ 18 ] Por el contrario, para un fósil de edad conocida, los datos paleomagnéticos pueden determinar la latitud en la que se depositó. Esta paleolatitud proporciona información sobre el entorno geológico en el momento de la deposición. Los estudios paleomagnéticos se combinan con métodos geocronológicos para determinar edades absolutas de rocas en las que se conserva el registro magnético. Para rocas ígneas como el basalto , los métodos comúnmente utilizados incluyen la geocronología potasio-argón y argón-argón .
Véase también
- Geofísica – Física de la Tierra y sus alrededores
- Magnetoquímica : estudio de las propiedades magnéticas de los compuestos químicos.
- Paleoclimatología – Estudio de los cambios en el clima antiguo
- Reconstrucción de placas : Proceso de reconstrucción de las posiciones de las placas tectónicas en el pasado geológico.
- Magnetismo de las rocas : estudio de las propiedades magnéticas de las rocas.
Notas
- ↑ W. Jacquelyne, Kious; Robert I., Tilling (2001). «Desarrollando la teoría» . Esta tierra dinámica: la historia de la tectónica de placas (edición en línea versión 1.20) . Washington, DC: Servicio Geológico de los Estados Unidos. ISBN 0-16-048220-8Consultado el 6 de noviembre de 2016 .
- ^ Humboldt, FA contra (1797). "Ueber die merkwürdige magnetische Polarität einer Gebirgskuppe von Serpentinstein" [ Sobre la extraña polaridad magnética de la cima de una montaña de serpentina ] . Neues Journal der Physik (en alemán). 4 : 136-140 . En las páginas 136-137, Humboldt descubrió que un pico en las montañas del Alto Palatinado era magnético. En la página 138, Humboldt observó que un pico en las montañas del Harz —específicamente, el Schuarcher (el roncador)— también mostraba magnetización. Atribuyó la magnetización a los rayos. Desde la página 136-137, Humboldt descubrió que un pico en las montañas del Harz —específicamente, el Schuarcher (el roncador)— también mostraba magnetización. Atribuyó la magnetización a los rayos. 138: "Bey den Schuarchern ist es […] nicht unwahrscheinlich, daß ein Blitzstrahl in dem Granit jenen magnetischen Streifen hervorgebracht habe, […] " (En el caso del Schuarcher […] no es improbable que un rayo produjera en el granito esa raya magnética, […]) Humboldt pensó que esta explicación era aún más probable en el caso del pico en el Oberpfalz porque incluso fragmentos de roca fueron magnetizados: "Nicht bloß das anstehende Gestein, sondern auch jedes noch so klein abgeschlagene Stück hat seine beiden Pole, seine eigene magnetische Achse". (No sólo el afloramiento, sino también cada chip, por pequeño que sea, tiene ambos polos [magnéticos], su propio eje magnético).
- ↑ Glen 1982 , pág. 99.
- 1 2 McElhinny y McFadden 2000
- ↑ Matuyama, Motonori (1929). "Sobre la dirección de magnetización del basalto en Japón, Tyōsen [ Corea ] y Manchuria" . Actas de la Academia Imperial de Japón . 5 (5): 203– 205. doi : 10.2183/pjab1912.5.203 .
- ^ Glen 1982 , págs. 102-103.
- ^ Wegener, Alfred (1915). Die Entstehung der Kontinente und Ozeane [ El origen de los continentes y los océanos ] (en alemán). Braunschweig, Alemania: Vieweg.
- ↑ Glen 1982 , págs. 4–5 .
- ↑ Runcorn, SK (1956). "Comparaciones paleomagnéticas entre Europa y América del Norte". Proc. Geol. Assoc. Canada . 8 : 77– 85.
- ↑ Irving, E. (1956). "Aspectos paleomagnéticos y paleoclimatológicos de la deriva polar". Geofis. Pura. Appl . 33 (1): 23– 41. Bibcode : 1956GeoPA..33...23I . doi : 10.1007/BF02629944 . S2CID 129781412 .
- ↑ Herries, AIR; Adams, JW; Kuykendall, KL; Shaw, J. (2006). "Espeleología y cronología magnetobioestratigráfica de la localidad GD 2 de los depósitos de paleocuevas con homininos de Gondolin, Provincia Noroeste, Sudáfrica". Journal of Human Evolution . 51 (6): 617– 31. Bibcode : 2006JHumE..51..617H . doi : 10.1016/j.jhevol.2006.07.007 . PMID 16949648 .
- ↑ Amos, Jonathan (7 de diciembre de 2012). "Las piedras maoríes contienen pistas magnéticas" . BBC News . Consultado el 7 de diciembre de 2012 .
- ↑ "Magnetización remanente detrítica (DRM)" . MagWiki: una wiki magnética para científicos de la Tierra . Consultado el 11 de noviembre de 2011 .
- 1 2 Tauxe, Lisa (24 de mayo de 2016). "Magnetización remanente química" . Fundamentos del paleomagnetismo: edición web 3.0 . Recuperado el 18 de septiembre de 2017 .
- ↑ Dunlop y Özdemir 1997
- ↑ McPhee 1998 , págs. 21–22
- ↑ Tauxe 1998
- ↑ Herries, AIR; Kovacheva, M.; Kostadinova, M.; Shaw, J. (2007). "Datos arqueodireccionales y de intensidad de estructuras quemadas en el yacimiento tracio de Halka Bunar (Bulgaria): El efecto de la mineralogía magnética, la temperatura y la atmósfera de calentamiento en la antigüedad". Física de la Tierra y los Interiores Planetarios . 162 ( 3– 4): 199– 216. Bibcode : 2007PEPI..162..199H . doi : 10.1016/j.pepi.2007.04.006 .
Referencias
- Dunlop, David J.; Özdemir, Özden (1997). Magnetismo del rock: fundamentos y fronteras . Universidad de Cambridge. Prensa . ISBN 0-521-32514-5.
- Glen, William (1982). El camino a Jaramillo: Años críticos de la revolución en las ciencias de la Tierra . Stanford University Press . ISBN 0-8047-1119-4.
- McElhinny, Michael W.; McFadden, Phillip L. (2000). Paleomagnetismo: Continentes y océanos . Academic Press . ISBN 0-12-483355-1.
- McPhee, John (1998). Anales del mundo antiguo . Farrar, Straus and Giroux . ISBN 0-374-10520-0.
- Tauxe, Lisa (1998). Principios y práctica paleomagnéticos . Kluwer . ISBN 0-7923-5258-0.
Lecturas adicionales
- Butler, Robert F. (1992). Paleomagnetismo: Dominios magnéticos a terrenos geológicos . Blackwell . ISBN 0-86542-070-XArchivado del original el 18 de febrero de 1999.
- Tauxe, Lisa (2010). Fundamentos del paleomagnetismo . University of California Press . ISBN 978-0-520-26031-3.
Enlaces externos
- Material de referencia sobre geomagnetismo y paleomagnetismo
- Datos paleomagnéticos de NGDC / WDC Boulder
- El gran imán, la Tierra.
- Base de datos paleomagnética del Instituto Scripps de Oceanografía (MagIC)
- Paleomagnetismo
- Geología histórica
- Métodos de datación geocronológica