1.10: Susceptibilidad Magnética Ambiental

Propósito:

El propósito de este ejercicio es presentarle cómo se derivan y preservan las señales magnéticas en el entorno natural y lo que dicen sobre el desarrollo del suelo, y aprender técnicas para medir la susceptibilidad magnética del suelo, a partir de núcleos de suelo en particular.

Resultados de aprendizaje:

Al finalizar este ejercicio deberá ser capaz de:

• operar un sensor Bartton MS2-C para medir la susceptibilidad magnética de un núcleo de suelo
• usar Excel para crear un gráfico de susceptibilidad magnética
• interpretar una gráfica de susceptibilidad magnética

Antecedentes:

Todo el material tiene una señal magnética; esta señal magnética es el resultado del giro de los electrones, tanto alrededor de su eje como alrededor del núcleo, dentro de los átomos. El grado de magnetismo está controlado por los tipos y concentraciones de átomos dentro de una estructura mineral y la disposición de esa estructura. En los suelos, la señal magnética es impartida por el material parental del suelo, que contiene minerales primarios, y por la meteorización pedogénica, que forma minerales secundarios que producen realce magnético.

La susceptibilidad magnética es simplemente la medida de la capacidad de un material (es decir, del suelo) para magnetizarse y generalmente es controlada por los minerales que contienen hierro en una muestra. La susceptibilidad magnética es una medida para determinar la mineralogía y geoquímica de las muestras, proporcionando información sobre la procedencia y las condiciones ambientales durante la formación de minerales. El sensor de escaneo de núcleo Barttington MS2C funciona 1) creando un campo magnético, 2) detectando el magnetismo de la muestra y luego 3) creando una relación entre los dos: susceptibilidad magnética. Este valor de susceptibilidad magnética se basa en volumen, y por lo tanto, se denomina susceptibilidad de volumen (κ), en contraste con la susceptibilidad específica de masa, en la que las mediciones de muestras secas se ajustan por peso por volumen.

La susceptibilidad magnética ofrece a una amplia gama de científicos una herramienta simple, económica y conveniente para la investigación ambiental. Existen varias razones, o ventajas, para medir la susceptibilidad magnética. El primero, y más obvio, es que es fácil de usar y bastante económico; además de la compra inicial de equipos, prácticamente no hay gasto ya que no se utilizan productos químicos u otros agentes. Este método también es rápido, no tóxico y no destructivo para las muestras. Varios cientos de muestras de suelo se pueden medir fácilmente en un día y, dado que no se utilizan productos químicos adicionales, las muestras se pueden reutilizar para estudios posteriores, como difracción de rayos X, análisis de tamaño de partícula y análisis de isótopos estables. El equipo es pequeño, ligero y fácilmente portátil, por lo que las mediciones se pueden realizar en el campo o en un ambiente de laboratorio. Además, debido a su bajo costo, la susceptibilidad magnética a menudo se combina con propiedades ambientales adicionales como isótopos de carbono estables, radioisótopos, químicos y análisis de microfósiles.

En parte debido a su facilidad de operación y naturaleza económica y en parte debido a la ubicuidad de una señal magnética en el entorno natural, la susceptibilidad magnética tiene amplias aplicaciones en casi todos los campos de la ciencia. Aquí hay una breve lista de algunos campos que comúnmente usan susceptibilidad magnética y aplicaciones asociadas:

Geología: mapeo de campo, identificación del tipo de roca, identificación de erráticos, identificación de minerales

Suelos: mapeo de campo, identificación de procedencia, identificación de suelos enterrados, resaltando procesos de taludes, mapeo de patrones de acumulación de sedimentos

Arqueología: localizar sitios de ocupación, identificar hogares, materiales de construcción y cimientos

Hidrología: rastreo del movimiento de la carga de cama, identificación de sedimentos y fuentes de contaminación

El sensor MS2C está diseñado para realizar mediciones de susceptibilidad de volumen a partir de núcleos de suelo recolectados en revestimientos diamagnéticos de plástico transparente. El núcleo del suelo simplemente se coloca en la rejilla de sujeción y se desliza incrementalmente a través del sensor MS2C a intervalos de 20 a 50 mm. Las lecturas de susceptibilidad magnética están influenciadas por el material circundante hasta un diámetro de sensor de distancia, por lo que un sensor de 72 mm de diámetro en realidad mide una sección de 144 mm; por lo tanto, una medición individual puede considerarse como una media móvil de 3 puntos con una posición central y dos puntos finales. Como resultado, la señal de susceptibilidad se degrada hacia el extremo del núcleo, por lo que las mediciones no deben tomarse dentro de ½ diámetro del sensor de núcleo desde los extremos del núcleo del suelo (es decir, con un sensor de 72 mm, las mediciones no deben tomarse dentro de los 36 mm de ninguno de los extremos del núcleo del suelo). Como se discutió anteriormente, la susceptibilidad magnética en los suelos es el resultado de los materiales parentales y la meteorización pedogénica; en consecuencia, las mediciones de susceptibilidad magnética tomadas a lo largo de un suelo pueden revelar cambios en el material parental y las condiciones ambientales, como el cambio climático Por ejemplo, el loess depositado y reelaborado generalmente tiene una señal de susceptibilidad magnética reducida en comparación con el residuo subyacente, mientras que el lecho rocoso de piedra caliza prácticamente no tiene señal (Fig. 1).

Figura 1. Susceptibilidad magnética y otros datos para un núcleo de suelo (Bowen y Johnson, 2015).

Equipo requerido:

• Unidad USB (suministrada por el estudiante)
• Computadora con Excel y acceso a internet
• Sistema de registro de núcleo Barttington MS2C
• Núcleos de suelo

Ejercicio:

**NOTA** Antes de comenzar, retire los iPods (apague también), los teléfonos celulares (apague también), las llaves y cualquier otro material metálico o electrónico que tenga en usted (los piercings están bien). Además, asegúrese de que no haya material metálico sobre la mesa en la que estén sentados el sensor y el rack.

1. Primero, encienda el medidor Barttington girando la perilla situada más a la izquierda a “SI”, asegúrese de que la perilla situada más a la derecha esté ajustada a “1”. Gira el interruptor de palanca plateado hacia la derecha para poner a cero el sensor — cada pocos segundos deberías aquí un “pitido” y el medidor parpadeará rápidamente “00:0 .0”. Deje que el sensor se ponga a cero durante un mínimo de diez minutos.
2. Si no está encendido, encienda la computadora y abra el archivo Excel “304-Magsus_blank”.
3. Guarde el archivo de Excel 304-MAGSUS_Blank como NombreElastNombre_Magsus. Observe en el archivo Excel que hay dos pestañas de hoja de trabajo llamadas Núcleo de suelo 1 y Núcleo de suelo 2 (ver abajo a la izquierda de Excel); necesita analizar ambos núcleos de suelo. Dentro de este archivo los valores de Profundidad y Posición de Cinta ya están ingresados. La posición de la cinta solo se usa como guía para posicionar el extremo inferior del núcleo (es decir, el extremo con la tapa negra); no usará la posición de cinta para hacer sus gráficas.
4. Después de que hayan transcurrido 10 minutos o más, gire el interruptor de palanca plateado a la posición central.
5. Coloque el primer núcleo en el rack de núcleos y deslice el extremo con la tapa roja a través del sensor hasta que el extremo de la tapa negra quede alineado exactamente a 122 cm.
6. Toma tu primera lectura pulsando el botón “M”. Después de que aparezca la primera lectura, ingrese este valor en la hoja de cálculo de Excel en la columna “Mag Sus”, avance el núcleo 2 cm y presione nuevamente “Medir”. Repita hasta que el extremo de la tapa negra esté alineado con el centro del sensor. Hay un trozo de cinta azul cerca del extremo izquierdo del rack que designa las posiciones de 2 cm y 0 cm para sus dos lecturas finales.
7. Repita los pasos 5 y 6 para el segundo núcleo del suelo.
8. Una vez que ambos núcleos han sido analizados y guardados, es necesario crear gráficos de variabilidad de susceptibilidad magnética por profundidad, como se demuestra en clase. Solo debes crear un archivo con dos hojas de trabajo que incluyan datos y gráficos. Hay un gráfico de ejemplo en el escritorio de la computadora de Susceptibilidad Magnética — Markbowen_MagsusExample.
   1. Crear una gráfica de dispersión X-Y con susceptibilidad magnética en el eje x y profundidad en el eje y (ver ejemplos de gráficos en la Fig. 1 anterior).
   2. En cada gráfica, es necesario agregar líneas horizontales a través de la gráfica que denotan dónde cree que se encuentran los límites del horizonte y etiquetar los horizontes (ver ejemplos de gráficos en la Fig. 1 anterior).
9. Guarda tu archivo de Excel como “FirstnamelElastname_Magsus” y cárgalo en Dropbox D2L.