Alkalmazott földfizika GY.3. Mágneses kutatómódszer Raáb Donát ELTE Geofizikai és Űrtudományi Tanszék, Fogadóóra: Csütörtök 12:00-14:00, D. 7.208 ashivalkoinen@gmail.com

Mit mérünk? A gravitációs mérések segítségével a földi mágneses tér normál értékeitől vett eltéréseket (anomáliákat) térképezzük fel, melyeket a földfelszín alatt elhelyezkedő, különböző mágnesezettséggel és mágneses tulajdonságokkal rendelkező kőzetek / objektumok okoznak. .

Mágnességgel kapcsolatos mennyiségek Mágneses térerősség (H) Egységnyi sugarú vezetőben egységnyi nagyságú áramerősség hatására létrejövő mágneses tér nagysága. [H]=A/m Mágneses momentum (m) A mágneses forrás erőssége, az anyag külső mágneses térhez adott járulékának mértéke. [m]=Am2 Mágneses indukció (B vagy F) A külső mágneses tér és a mágnesezhető anyagok momentumából származó mágneses tér nagysága. [B]=T Mágnesezettség (J) Térfogategységre eső mágneses momentum nagysága. [J]=A/m Mágneses permeabilitás (μ) Az anyag mágnesezettségének foka. [μ]=Vs/Am μ0=4π10-7 Vs/Am Mágneses szuszceptibilitás (κ) Adott külső mágneses tér jelenlétében mennyire mágnesezhető az anyag. [κ]=[] B=μ0(H+J)=μ0(1+κ)H=μH

Mágnesezettség Induktív mágnesezettség: Külső tér jelenlétében kialakuló mágnesezettség. JIND=κH és a külső térrel párhuzamos. Ha eltűnik a külső mágneses tér, az induktív mágnesezettség nullává válik. Remanens mágnesezettség: Az anyagban található mágneses momentumok által okozott mágnesezettség. JREM A remanens mágnesezettség iránya különbözheta külső tér irányától. Hiszterézis: f A ferromágneses anyagok sajátossága. H növekedésével B szaturációja következik be. H újbóli csökkenésével nem követi az előző görbét. A külső mágneses tér eltűnése után is mutat mágnesezettséget = remanens mágnesezettség Termo-remanens mágnesezettség (TRM): A természetes remanens mágnesezettség (NRM) leggyakrabban előforduló fajtája. A mágneses ásványok mágnesezettsége hőmérsékletfüggő. A Curie-hőmérséklet felett elveszítik mágnesezettségüket, Curie hőmérséklet majd újra a Curie-pont alá hűlve a külső mágneses tér irányába rendeződnek. Az ún. blokkolási hőmérsékletet elérve a mágneses tér „belefagy” a kőzetekbe.

Mágneses anyagok osztályozása Minden anyag mágneses. A mágnességet atomi szinten a következő jelenségek befolyásolják: > Betöltetlen elektronhéjon lévő elektronok száma. > Az elektronok spinje (spinmomentum). > Az elektronok keringése az atommag körül (pályamomentum). Diamágnes Nincsen betöltetlen elektronhéj, nincsen kompenzálatlan spin. Homogén tér hatására a térrel ellentétes, kis mágnesezettség jön létre (kvarc). Paramágnes Van kompenzálatlan spin, de ezek elhelyezkedése szórt, így az eredő mágnesezettség nulla (olivin). Ferromágnes Van kompenzálatlan spin, és az elemi áramkörök egy irányba rendeződnek (vas, nikkel, kobalt). Antiferromágnes Van kompenzálatlan spin, de az elemi áramkörök, egymással ellentétes irányba rendeződve kifelé nem mutatnak mágnesezettséget (hematit). Ferrimágnes Hasonló az antiferromágneshez, de az egyik irányba kisebb a kompenzáció, van kifelé mágneses hatás (magnetit)

Földi mágneses erőtér 1. Mágneses tér adott ponton X: Észak felé mutató komponens Y: Kelet felé mutató komponens H: horizontális komponens Z: Föld belseje felé mutató komponens F: Totáltér D: Deklináció, a horizontális komponens szögeltérése az északi komponenstől I: Inklináció, a horizontális komponens és a totáltér szögeltérése Átlagos magyarországi értékek: F=48000nT D=2.5° I=63.5°

Földi mágneses erőtér 2. Gömbi koordinátarendszerben: Mágneses potenciál 'r' és 'θ' szerinti deriváljaiból állnak elő a kvázi vertikális és kvázi horizontális komponensek. FIGYELEM: a mágnességben általában a 'θ' az Északi saroktól mért szélességet jelenti (0°- 180°). Dipól közelítésben a hosszúság szerint nem változik a térerősség.

Földi mágneses erőtér 3.

Mérőműszerek 1. Flux-gate magnetométer Két vasmagon egymással ellentétes primér tekercselés és mindkettőt körülvevő szekunder tekercs található. A tekercsekre kapcsolt váltóárammal a tekercseken a mágneses indukciót mindkét irányban, váltakozva telítésbe visszük. Ha nincs jelen külső mágneses tér, akkor a szekunder tekercsen nincs feszültségesés. Külső mágneses térben a két tekercsben különböző időpontban következik be a telítés, a fáziseltolódás által a szekunder tekercsben feszültség indukálódik.

Mérőműszerek 2. S

Mérőműszerek 3.

Mágneses mérések kivitelezése > Totáltér vagy gradiens mérése > Rácsháló mentén történő mérés, felosztás a kutatástól függ > Ionoszferikus folyamatok miatt totáltér-méréseknél báziskorrekció szükséges. > Fontos a fémmentes ruházat > Zavaró objektumoktól mentes terület szükséges.

Mágneses mérések feldolgozása Mágneses hatók anomáliahatása A dipólikus hatókhoz pozitív-negatív anomáliapárok tartoznak. Az anomália lefutása függ a ható mágnesezettségétől és a külső mágneses tér irányától is. Az anomáliaképek értelmezését inverziós eljárások segítik (lásd. gravi)

Számítási feladatok Feladat 1: A Föld egy pontján a totális mágneses tér F=20000nT, a horizontális komponens H=10000nT. a) Mekkora a függőleges komponens? Z=? b) Mekkora inklinációt mérünk? I=? c) Hogyan határozható meg a deklináció mértéke? d) És akkor ha Y=1000nT? D=? Számítsuk ki a földi mágneses indukció nagyságát az é.sz. 60°-án, a felszínen és a felszíntől 5000 km-re! Számítsuk ki a horizontális és vertikális komponenst is! A Föld mágneses dipólmomentuma: 7.7×1022 Am2