O Campo Magnético da Terra - iag.usp.br ?· O Campo Magnético da Terra Filipe Terra-Nova & Wilbor…

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    20-Sep-2018

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  • O Campo Magntico da Terra

    Filipe Terra-Nova & Wilbor Poletti Instituto de Astronomia, Geofsica e Cincias Atmosfricas

  • Geomagnetismo

    As primeiras observaes de atrao magntica so creditadas ao filsofo grego Tales de Mileto no sculo 6 AC.

    A primeira bssola: sculo 3 AC, os chineses observaram as propriedades de orientao Norte-Sul atravs de uma colher colocada em um prato com gua.

    Kono (2007)

  • ... Sculo XIII AD

    Epstola (1269) de Petrus Peregrinus

    1. Descoberta dos 2 polos magnticos Poliu um m esfrico e colocou agulhas ao redor dele;

    Observou que todas apontavam para a mesma direo meridional.

    2. Determinao da polaridade dos polos Colocou um m em um recipiente de madeira cheio de gua;

    Observou que o m se alinhava na direo N-S geogrfica.

    3. Fora entre os dois polos magnticos Verificou a atrao e a repulso dos ms aproximando ou afastando 2

    ms.

    4. Os polos magnticos no podem ser isolados Dividiu um m em dois e verificou que cada um dos novos pedaos apresentavam dois polos;

    Verificou isso dividindo diversas vezes cada um dos ms.

    Kono (2007)

  • William Gilbert (1544-1603)

    (Mdico da Rainha Vitria, da Inglaterra,

    autor de De Magnete publicado em 1603)

    Magnus magne ipse est globus terrestris, Gilbert, W. De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de

    Magno Magnete Tellure, 1603.

    A inclinao da bssola varia em torno da superfcie da terrela, sendo horizontal no equador e vertical nos plos.

    A declinao da bssola estaria associada ao relevo terrestre (esse relevo foi esculpido na terrela). A terrela

  • ... De Magnete (1600) de William Gilbert

    1. ms e ferro so idnticos

    Gilbert chegou a essa concluso porque os melhores ms da poca eram encontrados em minas de ferro.

    2. Semelhana entre uma esfera imantada e a Terra (Terrela)

    Utilizando um versor, ele concluiu que a Terra era um grande m

    (Globus terrae est magneticus & magnes).

    3. Inclinao varia com a latitude

    A inclinao ser maior quanto maior for a fora magntica, i.e., a inclinao ser mxima prximo aos

    plos e mnima no Equador.

    Kono (2007)

  • ... Cartas magnticas

    Variao da declinao medida no Atlntico Sul:

    Mapa de Edmond Halley de 1701 AD.

  • Origem externa Ionosfera e

    magnetosfera: fluxo de correntes eltricas

    Origem Interna Campo principal:

    ncleo externo da Terra

    Campo crustal: materiais magnetizados da crosta

    Olsen et al. (2007)

  • Origem externa Ionosfera e

    magnetosfera: fluxo de correntes eltricas

    Origem Interna Campo principal:

    ncleo externo da Terra

    Campo crustal: materiais magnetizados da crosta

    Olsen et al. (2007)

    10%

    90%

  • Campo externo

    Baumjohann e Nakamura (2007)

  • Campo interno Campo crustal: espalhamento ocenico; tectnica de placas.

    Gee e Kent (2007)

  • Origem do Campo Magntico Terrestre

    Glatzmaier and Roberts, 1995, Nature,

    vol. 377, p. 203-209. http://es.ucsc.edu/~glatz/geodynamo.html

    Campo interno: Modelos numricos do geodnamo

    Glatzmaier and Roberts, 1995, Nature,

    vol. 377, p. 203-209.

  • Campo interno Modelos experimentais (em geral, esferas contendo sdio lquido).

    Dnamo experimental do grupo de Geomagnetismo do ETH Zurich.

  • CMT 90%

    dipolar

  • cossincos

    cossincos

    1 0

    1

    1

    0

    extint

    int

    m

    n

    N

    n

    nn

    m

    m

    n

    m

    n

    m

    n

    N

    n

    nn

    m

    m

    n

    m

    n

    Pr

    amsmca

    Pr

    amhmga

    VVV

    ext

    Representao do campo geomagntico

    Interna

    Externa

  • Fontes do campo

    Campo dipolar: at 90% do campo total

    cossin22cossin22cos22

    31

    12

    31

    12

    30

    1

    r

    ah

    r

    ag

    r

    agV

    Campo no-dipolar: at 20% do campo total

    142 n

    DIPOLO GEOCNTRICO AXIAL

  • Observaes do CMT na superfcie: compreenso de processos internos.

    2/122 YXH

    2/1222 ZYXF

    H

    ZI arctan

    X

    YD arctan

  • Observao direta

    Grandes navegaes

    Dados de declinao para o perodo de 1700 1800 AD (Jackson e Finlay, 2007).

  • Observao direta

    Observatrios magnticos

    Jackson e Finlay (2007)

  • Observao direta

    Satlites

    Olsen et al. (2007)

    Magsat (1979-1980) Oersted (1999)

    CHAMP (2000)

    - SAC-C (2000-2004). - SWARM (previsto para ser lanado em 2013).

  • 3) O campo geomagntico no Brasil:

    Anomalia Magntica do Atlntico Sul

    Campo total (IGRF2000)

  • Observao indireta...

  • Dados do campo histrico existentes na literatura; Como uma rocha ou artefato arqueolgico registra o campo antigo; Como extrair essa informao em laboratrio; Os diferentes mtodos experimentais; Arqueomagnetismo no Brasil: estudo do campo magntico histrico; Viso geral pensando nos dados de campo antigo como registro da dinmica do ncleo.

  • Distribuio de dados para os ltimos 3000 anos

    Genevey et al. 2008.

    Observao indireta

    Rochas, sedimentos e materiais arqueolgicos

  • Onde:

    Louis Nel (1904-2000)

    (Prmio Nobel de Fsica, 1970)

    T > Tbloqueio T < Tbloqueio

    momentos magnticos aleatrios momentos magnticos alinhados com o campo magntico ambiente

  • Magnetizao termoremanescente (MRT)

    A relao entre o tempo de relaxao e a temperatura indica que, uma vez prximo superfcie, um gro magntico pode guardar a direo do campo magntico por bilhes de anos.

    Magnetita 25 nm

  • Paleointensidade absoluta

    Teoria de Nel (1955) para gros SD

    CMT (at ~100 mT)

    Figura modificada de Tauxe, 2007.

    Magnetizao termoremanente (MTR)

    AATR

    ASRSATR

    HHM

    HMMHM

    m

    tanh

    tanh 0

    B

    B

    kT

    TV

    Como:

    ATR HM

    Pode-se aproximar a MTR e a magnetizao de laboratrio:

    LL HM

    E o campo antigo ser:

    L

    TRLA

    M

    MHH

    !2

    122

    315

    17

    15

    2

    3tanh 2

    22753

    n

    Bxxxxx n

    nn

  • Arqueologia

    Hartmann et al., 2007

  • Mtodo clssico por duplo aquecimento Protocolo :Thellier e Thellier (1959), modificado por Coe (1967)

    Relao linear entre campo aplicado e magnetizao

  • Protocolo Triaxe (Le Goff e Gallet, 2004) , medidas contnuas de magnetizao em altas temperaturas

    Relao linear entre campo aplicado e magnetizao

  • Mtodo de Microondas Protocolo: Thellier e Thellier (1959), modificado por Coe (1967)

    Relao linear entre campo aplicado e magnetizao

  • Arqueomagnetismo no Brasil

    NE: Salvador (14 stios)

    SE: 6 cidades (11 stios)

    Amostras coletadas em

    construes histricas

    Materiais construtivos (tijolos e algumas telhas) cujas idades so determinadas por registros histricos e/ou informaes arqueolgicas.

    Preciso de idades sempre inferior a 30 anos.

    Distantes~10 em latitude

  • Regio Sudeste Imagem extrada de: http://piracicabaeraassim.blogspot.com.br/2010/04/engenho-central.html

    Engenho Central de Piracicaba: 1881 - 1974

  • Stios bem datados

    Residncia do primeiro prefeito de Salvador: Conde dos Arcos. Construo datada historicamente e com o ano de construo inscrito na fachada da casa!

    Residncia do terceiro Presidente do Brasil: Prudente de Moraes. Nessa casa foram realizadas reunies polticas que influram para a proclamao da Repblica em 1889.

    1870 AD

  • Forte So Joo da Barra (1696 1702 AD), Salvador

    Casa Nmero 06 (1700-1710 AD), Salvador

    Amostragem

    com

    perfuratriz

    Fragmentos de tijolos coletados no piso trreo

    da casa

  • Resultados de arqueointensidade: regies NE e SE

    TAXA DE SUCESSO

    NE: ~56% SE: ~38%

  • Variao da intensidade na regio SE do Brasil

  • Variao da intensidade na regio NE do Brasil

  • Diferena entre as curvas

    a) contribuies no-dipolares do CMT

    b) aplicao datao difere de regio para regio

  • Implicaes geomagnticas

    Variao do g10: comportamento oscilatrio

    a) variao para os ltimos 160 anos feio de curto perodo

    b) evoluo para o ltimo milnio fenmeno mais complexo

  • Paleomagnetismo

  • Amostragem

    Aparato para

    orientao do

    plug

  • Amostra com marca

    de orientao

  • Exemplo de estudo do campo antigo

    Biggin et al., 2012 Tominaga et al., 2008

    Granot et al., 2012

  • Consideraes finais

    As curvas de referncia devem ser sempre alimentadas com novos dados, permitindo: Aprimorar os estudos sobre o campo geomagntico. Aplicar as curvas em estudos arqueolgicos.

    Potenciais aplicaes do Arqueomagnetismo na Arqueologia:

    Datao. Provenincia de materiais (por exemplo, contraste de valores em

    materiais brasileiros e europeus). Determinao de processos de manufatura (comparao de formas de

    fabricao e parmetros de anisotropia magntica). Determinao de nveis estratigrficos de origem antrpica (variao de

    parmetros magnticos com os nveis de escavao).

    PERSPECTIVAS Aquisio de intensidade total em outras regies do pas (Norte e Sul) e de

    dados direcionais (D e I) no Brasil. Aquisio de dados de intensidade total e direo em outros pases da

    Amrica do Sul.

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