Permeabilidade Magnética
A permeabilidade magnética é uma propriedade física diagnóstica que caracteriza o grau de magnetismo induzido que um material experimenta sob a influência de um campo magnético externo. A permeabilidade magnética é relevante para uma variedade de levantamentos geofísicos, incluindo: EM no domínio da frequência (FDEM), EM no domínio do tempo (TDEM), levantamento de munição não detonadas (unexploded ordnance - UXO) e :ref:`radar de penetração no solo<gpr_index>`(GPR).
Relações Constitutivas
Quando exposto a um campo magnético aplicado, a coleção de momentos dipolo magnéticos individuais dentro da maioria dos materiais tentarão reorientar-se ao longo da direção do campo. Isso gera uma magnetização induzido, que contribui para a densidade de fluxo magnético efetiva dentro do material. O grau em que a magnetização induzida impacta a densidade do fluxo magnético depende da permeabilidade magnética do material.
Figura 23 Densidade de fluxo magnético em função da intensidade do campo magnético para várias classificações de tipos de rochas permeáveis: diamagnética, vácuo, paramagnética e ferromagnética.
A permeabilidade magnética \(\mu\) define a razão entre a densidade de fluxo magnético \({\bf B}\) dentro de um material, e a intensidade de um campo magnético aplicado \({\bf H}\); desde que os campos sejam suficientemente fracos:
No vácuo, a relação entre \({\bf B}\) e \({\bf H}\) é dada pela permeabilidade do espaço livre \(\mu_0 = 4 \pi \times 10^{- 7}\) H / m. Uma ilustração que representa a densidade de fluxo magnético em função da intensidade do campo aplicado para várias classificações de rocha é mostrada aqui.
Permeabilidade Relativa
Além da permeabilidade magnética, as propriedades magnéticas são frequentemente representadas usando a permeabilidade relativa. A permeabilidade relativa caracteriza se a magnetização induzida aumenta ou reduz a densidade do fluxo magnético dentro de um material. A permeabilidade relativa \(\mu_r\) é a razão entre a permeabilidade magnética de um material e a permeabilidade do espaço livre:
Para a maioria das rochas, a magnetização induzida é paralela ao campo aplicado, aumentando assim a densidade do fluxo magnético. Essas rochas são caracterizadas por permeabilidades relativas \(\mu_r> 1\). Uma permeabilidade relativa de \(\mu_r = 1\) é usada para caracterizar materiais que são incapazes de suportar magnetização induzida. Em casos raros, uma magnetização muito pequena pode ser induzida nas rochas, o que se opõe ao campo aplicado e reduz a densidade do fluxo magnético. Essas rochas são caracterizadas por permeabilidades magnéticas \(\mu_r < 1\).
O alinhamento parcial dos momentos dipolares magnéticos sob um campo aplicado e as densidades de fluxo magnético resultantes em todos os três casos são representados na figura abaixo.
Figura 24 Alinhamento parcial de momentos dipolares magnéticos sob a influência de um campo magnético aplicado para vários casos. (a) Paramagnético (\(\mu_r > 1\)). A magnetização é paralela ao campo aplicado e aumenta a densidade do fluxo magnético. (b) Não permeável (\(\mu_r = 1\)). Não suporta magnetização induzida. (c) Diamagnético (\(\mu_r < 1\)). A magnetização é fraca e se opõe ao campo magnético aplicado, reduzindo assim a densidade do fluxo magnético.
Importância para a Geofísica
Sistemas EM de Fontes Indutivas
Na maioria dos ambientes geológicos, as variações na permeabilidade magnética da Terra são insignificantes (\(\mu\sim \mu_0\)) e os levantamentos são sensíveis apenas a contrastes na condutividade elétrica da Terra. No entanto, há uma variedade de casos em que a permeabilidade magnética se torna uma propriedade física diagnóstica importante. Por exemplo, algumas rochas contendo minério (magnetita, pirrotita) têm permeabilidades magnéticas muito altas. Ao usar levantamentos no domínio da frequência (FDEM) e levantamentos no domínio do tempo de sistemas eletromagnéticos (TDEM), grandes permeabilidades magnéticas foram mostradas impactar a resposta medida. Assim, deixar de levar em consideração as propriedades magnéticas da Terra pode resultar em uma caracterização incorreta das estruturas subterrâneas em certos ambientes.
Levantamentos de Munição Não Detonandos
A permeabilidade magnética também é uma propriedade física de diagnóstico para levantamentos de munições não detonadas (unexploded ordnance - UXO). Um engenho não detonado (UXO) é uma munição que foi armada, disparada e permanece não detonada devido a um mau funcionamento. Os invólucros UXO são extremamente permeáveis em comparação ao meio hospedeiro. Esse contraste pode ser explorado para localizar e remover UXOs de áreas contaminadas. As propriedades magnéticas do UXO também são responsáveis por produzir respostas TDEM distintas.
Radar de Penetração no Solo - Ground Penetrating Radar (GPR)
A permeabilidade magnética atua como uma propriedade física de diagnóstico secundária no radar de penetração no solo (GPR). A permeabilidade magnética afeta a reflexão, a refração e a velocidade dos sinais de ondas de rádio à medida que se propagam pela Terra.
Viscosidade Magnética
Viscosidade magnética refere-se a uma permeabilidade magnética dispersiva que é exibida por solos lateríticos e basaltos rapidamente resfriados. Ao usar sistemas TDEM, essas rochas produzem uma resposta que mascara as respostas de UXOs e condutores profundamente enterrados. Atualmente, métodos estão sendo desenvolvidos para modelar este fenômeno e sua resposta a partir de dados coletados em campo.