A física define a susceptibilidade magnética (K) como a capacidade de magnetização de uma substância no momento em que essa é exposta a um campo magnético externo. Ao longo dos anos, geocientistas de todo o mundo têm feito uso dessa capacidade das mais variadas maneiras. Suas aplicações vão desde a geologia econômica, na prospecção de depósitos metálicos, até a geologia ambiental, na identificação e na delimitação de solos contaminados por metais pesados.
Uma das formas mais usuais de se utilizar a K, ou a anisotropia da susceptibilidade
magnética, é como um importante parâmetro caracterizador dos aspectos estruturais de uma
determinada área. No entanto, esse tipo de estudo é realizado apenas por intermédio de instrumentos laboratoriais extremamente sensíveis e não será, portanto, o foco deste trabalho. Este, por sua vez, relaciona a susceptibilidade à petrografia, mineralogia e à química (rocha- total e mineral) de plútons graníticos.
Especificamente para a Petrologia, a K é o parâmetro petrofísico mais fácil de ser mensurado, não só em amostras mas também em afloramentos no campo. Medir a susceptibilidade em campo é um processo bastante rápido, uma vez que uma medição dura apenas alguns segundos e podem ser executadas numerosas medidas detalhadas em um tempo razoável (HROUDA; CHLUPACOVA; CHADIMA, 2009, p. 1). Nesse contexto, uma outra vantagem da K é a capacidade de denotar a natureza, a abundância e a composição da associação mineral presente nos corpos. Dessa forma, a susceptibilidade é uma ferramenta fundamental para auxiliar na diferenciação de camadas, de lentes, de enclaves e até mesmo de plútons que apresentem distintos conteúdos magnéticos.
De acordo com Hrouda, Chlupacova e Chadima (2009, p. 1), além de sofrer a influência da geoquímica e da mineralogia, como referido, a susceptibilidade magnética ainda é condicionada pelas fugacidades de O2 e de S, bem como por agentes posteriores à história evolutiva da rocha, a exemplo do intemperismo, da alteração hidrotermal e de eventos metamórficos. Assim, a capacidade magnética em voga é um parâmetro capaz de fornecer informações importantes a respeito da história evolutiva, da composição química e da mineralógica das rochas, sendo um método de baixo custo, rápido e eficaz. Com base nisso, neste capítulo, apresentam-se de forma sucinta alguns conceitos teóricos fundamentais relacionados ao método, além de informações sobre a susceptibilidade dos minerais e das rochas graníticas.
3.1 PRINCÍPIO FÍSICO
A susceptibilidade magnética (K) é a medida da resposta magnética de um material a um campo magnético externo. Quando esse material é magneticamente isotrópico, a K pode ser expressa por meio da equação 𝐾 = 𝐽⁄ , na qual J se refere ao momento magnético dipolar e 𝐻
H é a intensidade do campo magnético. No Sistema Internacional (SI), ambos J e H são medidos
em A/m. Portanto, a K é uma grandeza adimensional, embora sua magnitude seja comumente referida como SI (AYDIN; FERRÉ; ASLAN, 2007, p. 88; HROUDA; CHLUPACOVA; CHADIMA, 2009, p. 2).
Todos os materiais apresentam uma determinada susceptibilidade e, de acordo com o comportamento dos seus momentos magnéticos sob um campo magnético externo, podem ser agrupados em três diferentes categorias, a saber: materiais diamagnéticos, materiais
paramagnéticos e materiais ferromagnéticos, descritos na sequência.
3.1.1 Diamagnetismo
O diamagnetismo surge do movimento orbital dos momentos magnéticos dipolares induzidos por um campo magnético aplicado. Esses momentos magnéticos estão em sentido oposto ao do campo magnético aplicado e, portanto, diminuindo o campo (TIPLER, 2004, p. 237). Esse efeito pode ser identificado em todos os materiais. Entretanto, os campos magnéticos induzidos são muito pequenos quando comparados aos momentos magnéticos permanentes. Dessa maneira, o diamagnetismo costuma ser mascarado pelos efeitos paramagnéticos ou ferromagnéticos, e só é notado em materiais cujas moléculas não tenham momentos magnéticos permanentes.
3.1.2 Paramagnetismo
O paramagnetismo ocorre em materiais cujos átomos têm momentos magnéticos permanentes e que interagem entre eles apenas fracamente, resultando uma susceptibilidade magnética positiva muito pequena. Quando não existe um campo magnético externo, esses momentos magnéticos estão aleatoriamente orientados (TIPLER, 2004, p. 242). Na presença de um campo magnético externo, eles tendem a se alinhar paralelamente ao campo, mas sofrem a resistência da tendência de os momentos magnéticos se orientarem aleatoriamente devido ao
movimento térmico. O grau de alinhamento com o campo depende da intensidade do campo e da temperatura.
3.1.3 Ferromagnetismo
Os materiais ferromagnéticos, lato sensu, têm valores de susceptibilidade magnética positivos muito elevados. Nessas substâncias, um pequeno campo magnético externo pode produzir um grau muito elevado de alinhamento dos momentos magnéticos dipolares atômicos. Em alguns casos, o alinhamento pode persistir mesmo quando o campo magnetizador externo é removido.
A região no espaço na qual os momentos magnéticos dipolares estão alinhados é chamada de domínio magnético, cujo tamanho é usualmente microscópico. A direção do alinhamento varia de domínio para domínio e em uma temperatura acima da crítica, chamada de temperatura de Curie, a agitação térmica é grande o suficiente para quebrar esse alinhamento, tornando materiais outrora ferromagnéticos em paramagnéticos (TIPLER, 2004, p. 244).
Em conformidade com Hrouda, Chlupacova e Chadima (2009, p. 3), os fenômenos que ocorrem dentro dos domínios magnéticos e as substâncias ferromagnéticas podem ser agrupadas em três distintos grupos, a saber:
a. materiais ferromagnéticos (stricto sensu): apresentam todos os seus dipolos magnéticos alinhados paralelamente na presença de um campo magnético externo; b. materiais ferrimagnéticos: têm na sua constituição íons com momentos de dipolo magnético de sentido oposto, mas de diferentes valores, o que faz com que não se anulem. Desse modo, sempre existe um magnetismo espontâneo; e
c. materiais antiferromagnéticos: os dipolos magnéticos dispõem-se de maneira não paralela. Ao ser aplicado um campo magnético a um material dessa espécie, ele não o vai magnetizar, pois os dipolos magnéticos estão sempre opostos, anulando-se.
3.1.3.1 Histerese magnética
A K dos materiais ferromagnéticos se comporta de maneira complexa em função do campo magnético, como observado na Figura 3.1. De acordo com essa imagem, e supondo que uma certa amostra esteja inicialmente desmagnetizada (ponto o), analisa-se, a priori, o comportamento da magnetização quando a intensidade do campo aumenta. Ao aumentar o H,
constata-se que a magnetização também cresce ao longo da linha tracejada, até atingir o ponto a. Nesse ponto, considera-se que a amostra está completamente magnetizada (ou saturada).
Figura 3.1 – Curva de histerese magnética. H refere-se ao campo magnético, M é a magnetização e Bc é a coercividade do material.
Fonte: Tipler (2004, p. 245).
Ao diminuir o valor do campo até zero, verifica-se que a magnetização estaciona no ponto b da curva. Esse fenômeno permite inferir que o material preserva uma magnetização independente do campo magnético, a qual dá-se o nome de magnetização remanescente. Caso seja invertido o sentido do campo externo a partir desse ponto e aumentado o valor do campo, a magnetização vai desaparecer (ponto c) quando o campo atingir o valor Bc, conhecido como coercividade do material. Este campo magnético é necessário para desmagnetizar por completo a amostragem antes imantada.
Eventualmente, se o campo magnético for invertido em relação à magnetização inicial, a amostra será magnetizada no sentido inverso (ponto d). Se H for novamente retirado, ela permanecerá imantada com uma magnetização invertida em relação à primeira (ponto e). A reversão da direção do campo e a sua contínua mudança permitem gerar uma curva fechada (histerese). Esse ciclo pode se repetir muitas vezes, mas a linha tracejada nunca será alcançada de novo.
3.1.4 Parâmetros que influenciam a Susceptibilidade Magnética
A susceptibilidade magnética (K) dos materiais tende a sofrer influência de alguns parâmetros, tais como a temperatura. Conforme Hunt, Moskowitz e Banerjee (1995, p. 189), a susceptibilidade magnética inicial varia em função desse fator. Em materiais paramagnéticos, ela é inversamente proporcional à temperatura absoluta. Por outro lado, em materiais ferromagnéticos, a ela aumenta apenas até uma determinada temperatura crítica e, após atingi- la, os materiais assumem um comportamento paramagnético. Já o diamagnetismo, por sua vez, é independente da temperatura.
As variações de K também estão relacionadas à trama textural dos constituintes minerais, sendo a anisotropia da susceptibilidade magnética comumente utilizada para determinar as direções de fluxos na Geologia Sedimentar ou aplicada no estudo dos parâmetros de deformação metamórfica (HUNT; MOSKOWITZ; BANERJEE, 1995, p. 192). Outro condicionante é o stress diferencial. Isso porque, quando o stress aplicado é paralelo ao campo magnético, a susceptibilidade diminui, mas, quando é aplicado de maneira perpendicular ao campo, a K tende a aumentar. Segundo Hunt, Moskowitz e Banerjee (1995, p. 192), as mudanças provocadas por esse agente são reversíveis e dependem somente da composição e do tamanho do grão magnético.
3.2 SUSCEPTIBILIDADE MAGNÉTICA DOS MINERAIS
De acordo com Hrouda, Chlupacova e Chadima (2009, p. 3), com exceção dos tipos monominerálicos, as rochas são constituídas por três categorias minerais – diamagnéticos, paramagnéticos e ferromagnéticos. Dessa forma, na Tabela 3.1, há a contribuição individual dos principais minerais formadores de rochas, assim como dos minerais acessórios mais frequentes.
TABELA 3.1 – VALORES DE SUSCEPTIBILIDADE MAGNÉTICA DE ALGUNS MINERAIS