GEOFÍSICA Una de las ciencias más antiguas Geognosia, geoscópica, geografía física, física de la Tierra XVI y XVII con Galileo, Gilbert, Newton, Halley,etc Sigue su progresión en los siglos XVIII y XIX Geofísica: aquella parte de las ciencias de la Tierra que trata el estudio de la actividad de las fuerzas físicas responsables del origen, evolución y estructura de la Tierra (Zöppritz, 1880). Varias disciplinas: Sismología Geomagnetismo Gravimetría

INSTRUMENTOS DE SISMOLOGÍA Causas que originan los terremotos, el mecanismo por el cual se producen y propagan las ondas sísmicas, y la posible predicción de los sismos. Movimiento de placas tectónicas, pero no siempre, ya que pueden ser producidos por procesos intraplacas o estar asociados a fenómenos volcánicos, por ejemplo. Sismogramas: localización epicentral, profundidad, magnitud o mecanismo de ruptura del terremoto a partir del estudio del tipo de ondas registradas, sus tiempos de llegada, la polarización de las ondas, etc. Magnitud es un parámetro proporcional a la energía liberada en el hipocentro del sismo. Mb (ondas internas), Ms (ondas superficiales), Mw (momento sísmico). Mw= 8, 10 J. Explosión nuclear de 10 kilotones, (Bikini, 1946), 10 J equivalente a Mw= 5,5. Intensidad es la fuerza con la que este sismo ha sido sentido y esta relacionada con los daños producidos por el terremoto. 18 12

INSTRUMENTOS DE SISMOLOGÍA Primer detector de sismos: s.II, China Sismoscopios Sismógrafos: Los primeros: Italia, Palmieri y Bertelli, s.XIX. Milne, 1890: péndulo inclinado. Omori, 1890: Bosch-Omori. Museo Milne-Shaw, 1915: m=0,5 kg, T=18s, amp=200 Wiechert, 1900: respuesta horizontal, péndulo invertido, 2 componentes,m=80 - 1500 kg, amp=200, T= 12s. Museo.

INSTRUMENTOS DE SISMOLOGÍA Wood y Anderson, 1922, sismógrafo de torsión, m pequeña, amp=2800, T=0.8s. Galitzin, 1906: sismógrafo electromagnético, principio inducción electromagnética. Actualmente: entre el sensor y el aparato de registro un sistema de amplificación electrónica. Convertidor analógico-digital. Banda ancha y período corto. Filtros. Hasta 1950: relojes de péndulo con contactos eléctricos . Museo. Acelerómetros.

INSTRUMENTOS DE GEOMAGNETISMO Campo magnético terrestre (en adelante CMT): carácter vectorial: magnitud y dirección. 0,2 y 0,7 gauss. 1gauss equivale a 10 T (Carl Friedich Gauss, matemático astrónomo y físico de finales del s.XVIII y principios del s.XIX. ) Campo magnético terrestre = campo magnético interno (núcleo externo) + campo magnético externo (interacción del Sol principalmente con la magnetosfera y la ionosfera ). Campo magnético interno: dipolo magnético inclinado 10,5º respecto al eje de rotación y ligeramente desplazado del centro de la Tierra. Componentes cuadrupolares, octupolres, etc. Vector campo magnético: 3 componentes: X, Y y Z, o bien con el vector total de campo, F, D, I -4

INSTRUMENTOS DE GEOMAGNETISMO Brújula como instrumento de navegación: s.II en China Occidente: 1187, Alejandro Neckman, monje de San Albano. Primeras medidas magnéticas: s.XV, D. Alonso de Santa Cruz y Joao de Castro, 1540. Viajes a América, D. Hartmann, 1544, I. Magnitud del campo magnético,1830,Humboldt y Gauss, H. 1837, se describe método medidas absolutas de H. Variómetro. 1836 – 1840: programa de observaciones simultáneas, Humboldt, Gauss y Weber. 1839, Lloyd balanza magnética, variaciones de Z.

INSTRUMENTOS DE GEOMAGNETISMO Fundamento medidas: hasta hace poco orientación de un imán suspendido dentro del CMT. Nuevos magnetómetros: resonancia magnética atómica o nuclear, y propiedades eléctricas y magnéticas de ciertos materiales. Medidas absolutas: proporcionan el valor de la magnitud que se quiere medir en un instante dado. No instantáneas: tiempo de adquisición. Valor promedio durante el intervalo de medida. Medidas relativas: proporcionan las variaciones del campo de un lugar a otro o de un instante dado a otro en el mismo lugar.

INSTRUMENTOS DE GEOMAGNETISMO Medidas absolutas Declinación: aguja imanada que puede oscilar libremente en el plano horizontal, orientándose en la dirección del CMT. Hilo sin torsión, aunque esto no es cierto, de modo que para eliminar este efecto se realizan medidas con dos imanes de momento magnético muy diferente: uno fuerte y otro débil. Componente horizontal: teodolitos magnéticos, imán suspendido horizontalmente por una fibra de cuarzo. Variando posiciones del imán y de una aguja imanada se pueden determinar mH y m/H. Imán ( J ), en plano horizontal, desvía equilibrio. Oscilaciones alrededor del meridiano magnético con período T, relacionado con mH. Para m/H: posiciones de Gauss y Larmor. Midiendo ángulos se deduce el valor de m/H y por ende el valor absoluto de H.

INSTRUMENTOS DE GEOMAGNETISMO Medidas relativas QHM (Quartz Horizontal Magnetometer): La Cour, 1930. Imán suspendido de un hilo de cuarzo que puede oscilar en un plano horizontal. Todo el conjunto puede oscilar sobre otro plano horizontal graduado. Se libera el imán desde diferentes posiciones iniciales pudiendo llegarse a calcular H a partir de la medida de varios ángulos, pero para ello debe haber sido calibrado antes en un observatorio donde la componente H sea conocida. Da precisiones del orden de 1nT cuando está correctamente calibrado. BMZ (Magnetometer Zero Balance): imán móvil que puede girar alrededor de un eje horizontal con su masa. El conjunto imán e hilo de suspensión puede girar en el plano horizontal de forma que la aguja esté sometida a la componente vertical del campo magnético. A partir de la ecuación de equilibro del imán móvil se puede obtener la componente vertical del campo magnético. En el museo hay uno de 1953. Variógrafos: medidas continuas de D, H y Z. Imanes sensibles a las variaciones del CMT, un sistema óptico y un tambor de registro. Imán con espejo y caja del imán con otro. Para dar valor es necesario línea de base de referencia determinada mediante medidas absolutas. En el museo se pueden observar variógrafos para las 3 componentes fechados en 1935.

INSTRUMENTOS DE GEOMAGNETISMO Métodos modernos: últimos 30 años. Sensibilidad: 0.1 y 0.01 nT (recordemos que el valor del CMT oscila entre 20000 nT y 70000 nT) magnetómetro de protones, 10 nT bombeo óptico y 10 nT criogénicos. Más rapidez: detección de variaciones rápidas del campo magnético. Magnetómetro de protones: muy preciso. Se basa en el fenómeno de precisión del espín de los protones en un material. Magnetómetro de bombeo óptico: Basado en el efecto Zeeman, registra la energía emitida por un gas al haber sido excitado. Fluxgate: registro simultáneo de las 3 componentes X, Y y Z del CMT. Núcleo de un material ferromagnético de alta permeabilidad magnética, rodeado de un arrollamiento receptor. Al variar la permeabilidad del núcleo, varia su flujo y como consecuencia se inducirá un voltaje en el arrollamiento receptor que proporciona unas medidas del campo externo. Criogénicos – SQUID: anillo superconductor enfriado por debajo de temperatura crítica y por el que se hace pasar una corriente eléctrica, que contrarresta la variación del flujo producida por el cambio del campo magnético. Paleomagnetimo, sondeos magneto-telúricos y medidas geodinámicas (volcano-, sismo- y tecto-magnetismo). Satélites: resultados recientes más importantes sobre la estructura del CMT . -3 -6

INSTRUMENTOS DE GRAVIMETRÍA Todo cuerpo situado en la Tierra está sometido por un lado a la atracción que la Tierra ejerce sobre él y por otro lado a una fuerza debida a que la Tierra gira sobre sí misma alrededor de su eje: aceleración centrífuga (siempre que nos refiramos a un sistema de referencia que gira con la Tierra) y de Coriolis (velocidades con respecto a dicho sistema de referencia). Unidades del sistema internacional en que se mide la aceleración de la gravedad es ms . Tradicionalmente se ha medido en gal (en honor a Galileo), 1 gal = 1 cm s. Primera medida de G: Cavendish, cuando quiso determinar la densidad de la Tierra. Resultado: G = 6.74 × 10 m kg s . Valor actual: 6,673x10 m kg s . Difieren menos del 1%. El valor de g varía de unos puntos a otros, siendo su variación más importante en función de la latitud y altitud. Valor entre 9,78ms y 9,83ms . Detectar la forma del geoide o la existencia de pequeñas masas anómalas: precisiones de 1m s y hasta 0,01m s . El Instituto Geográfico Nacional: observaciones desde finales del s.XIX. Desde 1882 (Barraquer y Rovira) no se volvieron a hacer medidas absolutas hasta la última década del s.XX. -2 -2 -11 3 -1 -2 -11 3 -1 -2 -2 -2 -2 -2

INSTRUMENTOS DE GRAVIMETRÍA Medidas absolutas Método pendular: se relaciona g con medidas de longitud y tiempo. Péndulo físico: el período depende del momento de inercia y de la distancia al punto de oscilación. Como no se pueden medir sencillamente: péndulo reversible (Kater, Londres, valor de g con gran precisión) Caída libre: tiempo empleado por un cuerpo en recorrer una altura h, tanto en el camino ascendente como descendente Poca precisión. Precisiones de 10 mm en las medidas de longitud y de 10 s en las de tiempo, para alcanzar una precisión de del orden de 1mm s en el valor absoluto de g. Métodos más modernos, precisión del orden de10 ms. -3 -8 -2 -8 -2

INSTRUMENTOS DE GRAVIMETRÍA Medidas relativas Pendulares: abandonados. Basadas en la determinación de las variaciones del período de oscilación de un péndulo de un lugar a otro. La precisión requerida para T es del orden de 10 s para un péndulo de T1=0.5 s si se quiere medir g con la exactitud de 10 m s. Gravímetros: la tensión de los muelles varía de un punto a otro por efecto de las variaciones del valor de g. Pequeñas variaciones de g producen deformaciones apreciables en la longitud del resorte. Primeros gravímetros datan de 1930. Los más conocidos son los La Coste-Romberg y los Worden, ambos basados en el concepto de muelle de longitud cero, es decir, que su longitud total es proporcional a la tensión total ejercida sobre él. Sensibilidad delorden 0,1 m s . Mayor sensibilidad midiendo rotaciones obteniéndose así los gravímetros de torsión. Gravímetro superconductor. -7 -2 -2