Resumen En el siguiente trabajo se hará una exposición de relaciones entre fenómenos geológicos, como sismos y actividad volcánica, y fenómenos electromagnéticos.




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títuloResumen En el siguiente trabajo se hará una exposición de relaciones entre fenómenos geológicos, como sismos y actividad volcánica, y fenómenos electromagnéticos.
fecha de publicación02.02.2016
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Electromagnetismo asociado a fenómenos geológicos litosfericos corticales: Sismos y Volcanes
Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá

Facultad de Ciencias

Departamento de Geociencias

Juan David Rodríguez Rincón

Cód. 142583

Mayo de 2010

Resumen

En el siguiente trabajo se hará una exposición de relaciones entre fenómenos geológicos, como sismos y actividad volcánica, y fenómenos electromagnéticos. Estudios de diversas fuentes y lugares, afirman que esta relación es estrecha y que puede contribuir al entendimiento electromagnético de estos fenómenos, y a la predicción de eventos sísmicos. Finalmente se introducirá el método Magnetotelúrico, su interpretación y congruencia con lo previamente expuesto.
Abstract

In the following paper the relation between geological phenomena, such as earthquakes and volcanic activity, and electromagnetic phenomena are to be shown. Studies from different sources and places ensure that this relation is tight and that it can contributes on the understanding of their electromagnetic behavior, and the prediction of seismic events. The Magnetotelluric method will be introduce, as its interpretation and sharing points with the rations shown previously.


Introduccion
Las propiedades físicas de los materiales que se encuentran en las capas internas de la tierra son muy diversas, y para cada una de ellas se han inventado métodos de análisis con el fin de estudiar y descubrir esta composición. Dos de estos métodos son el magnético y el eléctrico, este ultimo dividido en diferentes facetas, cada una con un fin investigativo diferente.
En el método magnético, el objetivo es detectar zonas con anomalías magnéticas con respecto a el magnetismo terrestre, que entre otras razones, sobretodo se deben a la abundancia de materiales ferromagnéticos en al área, lo que ayuda a la ubicación de estructuras minerales.
En cuanto al método eléctrico, el análisis se centra en propiedades como el potencial natural eléctrico de los elementos, la conductividad, permeabilidad y permitividad. La

resistividad de los materiales es estudiada también de manera eléctrica, buscando patrones resistivos en campos limitados por electrodos. De manera conjunta, se hacen estudios electromagnéticos, generando ondas en la corteza que luego son recibidas y analizadas para determinar presencia de aguas subterráneas o minerales.
Los resultados de este tipo de estudios pueden verse alterados por diferentes agentes, como el “ruido” en el caso de las pruebas magnéticas, pero serán objeto de estudio solamente aquellas relacionadas a variaciones y anomalías previas o subsecuentes a eventos geológicos de tipo sísmico o volcánico.
Electromagnetismo en eventos sísmicos
El fenómeno electromagnético asociado a actividad sísmica tiene lugar en un rango de bandas de frecuencia desde ULF (Ultra Low Frequency) hasta VHF (Very high frequency), donde se encuentran emisiones desde el lugar de origen del terremoto y por transmisión de ondas electromagnéticas.
Para las investigaciones en sísmica, el comportamiento de las frecuencias mas bajas es primordial en los estudios, ya que es a estas frecuencias que se generan cambios significativos y dicientes, que se pueden asociar a eventos sísmicos, bien porque sean parageneticos con el sismo, o porque se emitan en el momento en que la onda sísmica es registrada. Una de las relaciones mas estudiadas en este sentido fue establecida en Japón, en un evento sísmico de Kobbe del 95, donde la actividad sísmica regional era proporcional al nivel de anomalías registradas en bandas ULF.
En la Figura 1, se encuentra la distribución espacial de las diferentes frecuencias que se registraron para este evento sísmico, todas previas a este, y su comportamiento normal. En el registro, todas las graficas muestran un comportamiento normal de las ondas, pero aproximadamente en el mismo lapso de tiempo se generan picos abruptos para cada banda, coincidiendo con la manifestación sísmica, la ruptura de la roca en profundidad.
Gracias a los resultados de diversos análisis electromagnéticos, se pudo establecer un esquema que encontraba la probabilidad de ocurrencia de una onda, junto con el fracturamiento de la roca, con respecto al tiempo, y la generación de un terremoto, como muestra la Grafica 1, mostrando que un tiempo determinado, antes de que ocurra el sismo, las ondas electromagnéticas encuentran un pico positivo en la grafica.



Grafica 1
Magnetismo en eventos volcánicos
Diferentes autores han reportado cambios en el campo magnetico terrestre en zonas cercanas a entes volcánicos que ademas han sido precursoras de eventos provenientes de el individuo. Los cambios en el comportamiento del campo magnetico se pueden deber a fenómenos como la desmagnetización/remagnetización termal debido a la temperatura (efecto termomagnético), a efectos piezomagnéticos debidos a la tensión (estrés), a movimientos cinéticos de rocas ígneas, a cambios químicos de minerales magnéticos y a efectos electrocíneticos debidos a flujo de agua subterránea.
Uno de los procesos mas importantes esta asociado con la naturaleza del magma, que a medida que asciende por la camara magmatica, va perdiendo minerales en su composición, debido a que estos cristalizan a diferentes temperaturas y presiones. Gracias a esto, cada vez que un componente ferromagnetico del magma se cristaliza y deja de hacer parte de este, se suma cierta cantidad al campo magnetico local, y se le resta al magma. Según esto, los volcanes basaltitos, de composición basica, donde el porcentaje de silice en el magma es muy alto, es donde mas se presenta la cristalizacion de material ferromagnetico, siendo volcanes fuertemente magneticos. Por la naturaleza del magma, este tipo de




Figura 1


volcanes es uno de los mas violentos y peligrosos.
El instrumento que mide estas variaciones se llama magnetometro, y para cada cuerpo volcanico se pueden ubicar entre 5 y 10, o incluso mas magnetometros para su monitoreo, que arroja cifras del orden de 10-9 T.



Grafica 2
Vemos en este grafico que las fluctuaciones en el campo magnetico son muchos mas grandes a mayor distancia, mostrando menor intensidad del campo magnetico cerca al volcan. Esto coresponde temporalmente a el momento o los dias previos a la erupcion del volcan, donde el magma que ha ascendido se ha desmagnetizado progresivamente y sube por entre las rupturas de las rocas preexistentes y el conducto magmatico, haciendo que la mayor area sea ocupada por un material de baja presencia ferromagnesiana, y por consiguiente menor intensidad de campo magnético. Diferentes monitoreos a distintas distancias de un volcán, generan registros con contrastes diferentes frente al cambio del campo. De esa manera, se encuentran registros en el limite de el cráter volcánico, que debido a que toman datos de la columna estratigráfica bajo ellos, no involucran el bajo campo magmático, pero si los minerales ferromagnesianos que cristalizaron en las paredes de la cámara magmática y que hacen parte de la columna. Los magnetometos ubicados alli generan grandes contrastes del campo magnetico, debido a la contribución que tiene de la cámara (efectos termomagnéticos),

tiene el asociado a la tensión (efectos piezomagnéticos) que se ejerce

en las zonas de debilidad de la caldera al entrar una cámara magmática.
Metodo magnetotelurico (MT)
Los métodos de resistividad eléctrica se basan en la tendencia que tienen las rocas para permitir el paso de corriente eléctrica. Esto depende de varias propiedades, pero principalmente de la mineralogía y de propiedades externas como son la presión, temperatura y presencia de soluciones salinas.

El metodo magnetotelurico es usado para el estudio de estruturas litosfericas, y la estructura electroresistiva de la tierra. Esta basado en mediciones simultáneas en la superficie de las variaciones temporales de los campos eléctrico y magnético, que permiten obtener estimaciones de la distribución litosférica de la resistividad eléctrica. La fuente de poder de este metodo esta en el campo electromagnetico generado en la ionosfera terrestre, que se da por la interaccion del campo geomagnetico, producido por celdas de convección al interior del manto terrestre, y el viento solar. El instrumental de MT consiste en un equipo receptor con una interfaz para la adquisición y procesamiento de datos, bobinas receptoras y electrodos y cables. Los electrodos reciben las señales eléctricas, mientras que las bobinas detectan los campos magnéticos generados por las corrientes telúricas en profundidad. Para detectar las resistividades, los equipos utilizan las componentes ortogonales de estos campos.
Las mediciones de este instrumento compaginan con las de métodos discutidos previamente, generando alternancias y diferencias frente a la fenomenologia litosférica, ya que sus lecturas se alteraran bajo condiciones de esfuerzos y fracturamiento, y pueden ser utilizadas en conjunto para el estudio de actividad sísmica y volcánica.
Conclusiones
La predicción de eventos sísmicos fuertes es un campo que aun puede combinar diferentes disciplinas e instrumentos para poder aumentar en efectividad y confiabilidad. El electromagnetismo se presenta como una gran herramienta dentro de los asuntos por estudiar en los cambios terrestres, mostrando diferentes comportamientos a lo largo de eventos geológicos importantes, y los métodos de medición empleados para los campos eléctrico y magnéticos, y su mejoramiento, son fundamentales en el progreso y avance de otros asuntos cientificos.
La ondas electromagnéticas son un caracterizador aproximado en las manifestaciones de la litosfera, ya que las asociaciones y comportamientos previos a la actividad sísmica, pueden indicar una pronta actividad en el area, y su monitoreo y estudio deben ser prioritarios en zonas con gran actividad sísmica.
De igual manera, siempre es necesario tener en cuenta que las fuentes de fluctuaciones electromagnéticas son muy diversas, y no es posible predecir exactamente un terremoto con el registro de una fluctuación fuerte en una onda.
Bibliografía
http://secre.ssn.unam.mx/SSN/Doc/Prediccion/ramon.htm
http://www.ugm.org.mx/pdf/geos01-2/Romo-Jones01-2.pdf
http://www.searchanddiscovery.net/documents/geophysical/christopherson/index.htm
Referencias
ariaciones vulcano-magnéticas en el

volcán de Colima, México” Héctor López Loera, Jaime Urrutia Fucugauchi. Revista Geofisica 58, 2003
Por qué estudiar señales electromagnéticas durantes sismos?”A.L. Cruz-Abeyro, R. Pérez Enríquez,

R. Zúñiga, A. Kotsarenko. Revista Geofisica 60, 2004
Comment on ‘‘Modeling Low-frequency Magnetic-field Precursors

to the Loma Prieta Earthquake with a Precursory Increase in

Fault-zone Conductivity’.’ M. Merzer and S. L. Klemperer. Pure appl. geophys. 162 (2005)
Efecto del campo magnetico sobre la energia de una impureza donadora neutra localizada en un sistema ideal de bicapas” Revista Colombiana de Fisica, VOL.39, No.2, 2007



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