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MÓDULO 4.3.2: MAGNETISMO NA INDÚSTRIA Na geofísica há duas áreas distintas: a geofísica básica, ou da Terra sólida e a geofísica aplicada. A geofísica da Terra sólida está mais conectada ao conhecimento acadêmico. Neste caso o nosso planeta é analisado em uma ampla escala espacial e as camadas mais profundas da Terra são estudadas. Já a geofísica aplicada, como o próprio nome diz, busca princípios da geofísica que podem ser aplicados em prospecção mineral, petróleo, água subterrânea, problemas de engenharia e monitoramento ambiental, como contaminação, por exemplo. No setor da mineração, a geofísica ganha um aspecto financeiro muito forte. Você já parou pra se perguntar como é possível encontrar novos locais para desenvolvimento de mineração? Nos antigos processos essas jazidas de mineral eram encontradas fazendo-se a análise diferencial de sua cor em relação as demais rochas que estavam a sua volta. Seu valor financeiro dependia da capacidade de avaliação por parte dos exploradores. Quando encontravam um possível local de mineração, eles avaliavam o custo/benefício de minerar aquele local. Porém, mineração é um investimento muito alto, pois é preciso contratar trabalhadores, equipamentos e transportar tudo para o local a ser explorado. Com o avanço da tecnologia, hoje as empresas podem contar com métodos muito mais eficientes do que apenas uma avaliação visual. Há duas vertentes do estudo do campo magnético da Terra: uma que faz parte da geofísica da Terra sólida, que foi apresentada em mais detalhes neste curso. A outra parte dos estudos podem ser aplicados na indústria do petróleo e mineração. Para tais aplicações as empresas necessitam de levantamentos magnéticos, dados
de observatórios magnéticos ou estações magnéticas e dados de correntes induzidas. Cada uma destas aplicações será discutida com detalhes abaixo. Levantamentos magnéticos Diferentes objetos abaixo da superfície terrestre podem causar anomalias magnéticas, como é o caso de materiais metálicos e concentrações de minério. Se suspeitarmos existir, por exemplo, um minério em uma área, podemos fazer um levantamento magnético. Ou seja, é possível realizar levantamentos magnéticos em pouco tempo e com menor custo para detectar possíveis locais de jazidas de minério em uma grande área. Existem três métodos para realizar levantamentos magnéticos em grandes áreas: terrestres, aéreas e marinhas. Em um levantamento terrestre, medidas do campo magnético são feitas em intervalos pré-determinados. Por exemplo, no levantamento do novo observatório da Amazônia, foram feitas medidas do campo geomagnético a cada 2 metros. A área que estudamos foi de 24 x 20 m2 .
Figura 1: Esquema do levantamento magnético terrestre realizado na Amazônia. A malha é mostrada pelas linhas pretas e as setas indicam qual foi a direção das medidas realizadas.
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Mas se fosse preciso realizar um levantamento rápido e em uma área bem maior, por exemplo na escala de quilômetros, seria necessário planejar um levantamento magnético aéreo. Neste caso, o magnetômetro deve ser colocado a vários metros abaixo do avião (Figura 2a) para que a sua massa e equipamentos eletrônicos que estão a bordo, não causem interferência magnética. Por exemplo, com a possibilidade da identificação de uma jazida, o avião sobrevoa o local, mapeando a área de interesse. Com isso, é possível estipular quais recursos serão necessários para a exploração. Já no levantamento marinho (Figura 2B) o campo magnético em alto mar é registrado. O procedimento é semelhante ao do levantamento aéreo: o magnetômetro é puxado pelo navio por meio de um cabo. Esse equipamento deve permanecer distante do navio cerca de 200 metros, pois o mesmo também causaria uma grande interferência no equipamento.
Figura 2: Em (a) é mostrado um levantamento aéreo e em (b) um levantamento marítmo.
Dados de observatórios e estações magnéticas Talvez você já tenha se perguntado… mas quando medimos o campo magnético, medimos todas as fontes: núcleo, externo, induzido e da crosta (que inclui a anomalia). Então, como fazemos para “excluir” dos dados as fontes do núcleo e do campo externo, para analisarmos somente a fonte de interesse (anomalia magnética)? ANOMALIA MAGNÉTICA = CAMPO MEDIDO - (CAMPO INTERNO+CAMPO EXTERNO)
É neste ponto que um observatório ou uma estação magnética próxima ao levantamento é importante. Este observatório ou estação tem que medir o campo magnético no mesmo instante que o registro do levantamento. O registro do observatório será contínuo no tempo e fixo em um único ponto, próximo ao levantamento, não sofrendo assim, a influência da anomalia magnética. Já no caso da malha do levantamento, ele conterá a informação sobre a anomalia, já que passará por cima dela. Note que tanto no registro magnético do levantamento quanto no registro do observatório os campos interno e externo estão presentes. O ideal é que a distância entre o observatório e o levantamento seja muito pequena, assim é minimizada uma possível variação drástica dos campos interno e externo em ambos os registros. Então, se subtrairmos o registro magnético do levantamento, daquele registro do observatório, estaremos excluindo os campos interno e externo. Ficaremos somente com a influência do campo produzido pela anomalia. Esse procedimento, comumente chamado de “correção” na geofísica, é ilustrado na Figura 3. Mas quando não existe estações ou observatórios próximos à região do levantamento, essa correção deve ser feita usandose algum modelo global que simule como o campo
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(a)
(b)
(c)
variou naquele instante e região. Correntes geomagneticamente induzidas Outro efeito que deve ser considerado pelos pesquisadores é o que conhecemos como GIC’s (do inglês Geomagnetically Incuced Currents) ou correntes geomagnéticas induzidas. As GIC’s são correntes induzidas em fios e cabos de transmissão de energia feitos pelo homem. Durante as tempestades magnéticas, correntes induzidas podem fluir nos fios de alta tensão podendo destruir transformadores elétricos. As GIC’s podem ser explicadas através da Lei de Faraday, que prevê surgimento de corrente elétrica em um condutor quando há variação do campo magnético. E essa variação de campo acontece exatamente durante uma tempestade magnética. Campos elétricos são induzidos em condutores na superfície da Terra ou próximo a superfície, por variações na intensidade e direção do campo geomagnético. Estes campos elétricos controlam correntes chamadas de correntes
geomagneticamente induzidas (CGI). As CGI tem sido estudadas desde a metade o século 19 quando Figura 3: Em (a) é mostrado um esquema das anomalias magnéticas superimpostas com o campo externo e interno (linha em verde). Em (b) é mostrado dois supostos corpos que estariam causando estas anomalias. Já (c) mostra como ficaria o registro se fosse subtraído de um registro de um observatório magnético próximo. Veja que neste caso, somente a tendência da linha verde em (a) está sendo retirada e as anomalias aparecem de forma mais clara, constando somente o valor da intensidade da anomalia (neste esquema seria da ordem de ±10.000 nT).
foram observados seus efeitos em cabos de telecomunicação de longa distância. Estas correntes podem afetar as redes de transmissão de energia, saturando transformadores. Recentemente os efeitos das CGIs em redes de transmissão têm sido exaustivamente estudadas. Esses estudos vêm se intensificando desde a catastrófica falha da rede de transmissão de energia em Quebec, durante uma tempestade magnética severa, na noite entre 13 e 14 de março de 1989. Essa tempestade magnética destruiu o sistema de transmissão de energia da hidroelétrica de Québec. Também causou um apagão de 9 horas em um condado dos EUA. Um apagão pode provocar consequências desastrosas para a sociedade. Imagine que um apagão de 9 horas atinja um hospital onde existam pacientes que dependam da ajuda de aparelhos elétricos para
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sobreviver. Fica evidente a importância de estudar e compreender as GIC’s para evitar situações como essa.
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