(1)El Geomagnetismo: El magnetómetro Geometrics G-856 utiliza la presesión de los protones para medir la magnitud del campo. Breiner (1973) es una guía general del instrumento y sus usos.
El campo magnético es vector: posee magnitud y orientación. La diferencia entre la orientación y el norte es la declinación, y la diferencia entre la orientación y la horizontal es la inclinación. Hay cuatro factores que contribuyen a cada medida del campo magnético: el campo dipolo de la tierra; el campo no-dipolo; el magnetismo producido por partículas cargadas en el espacio (variaciones diarias); y, los efectos de los objetos artificiales, la maquinaria eléctrica, y las piedras de la corteza terrestre. Durante una investigación, los campos dipolo y no-dipolo son efectivamente constantes. Se sustrae la magnitud de esos y quedan los efectos diarios más los efectos de la geología y otros objetos cercanos. Las variaciones diarias son, a veces, más fuertes que las anomalías producidas por objetos arqueológicos. Por eso, es necesario medir y sustraer las variaciones diarias de las mediciones sobre el sitio. Algunos científicos escogen una "base" y miden el campo en ese lugar entre medidas, mientras otros utilizan dos magnetómetros: uno para mediciones sobre el sitio, el otro en lugar fijo como base.
Objetos y piedras generalmente obtienen su magnetismo por la inducción magnética. Cuando se pone una materia dentro de un campo magnético, piezas magnéticas se alinean con la declinación e inclinación del campo aplicado. Se suman los vectores (campo aplicado más campo inducido). Objetos magnéticos, como el imán y la brújula, poseen polos opuestos separados por una corta distancia. La magnetización J inducida del material depende de una propiedad llamada susceptibilidad magnética (μ) y de la magnitud del campo aplicado (H). La potencia magnética M del objeto depende de la magnetización multiplicada por el volumen. Para una esfera magnetizada de radio r,
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y la anomalía producida es igual a la generada por un dipolo magnético de momento M en el centro de la esfera. La amplitud de una anomalía encima de un objeto depende del momento M y la profundidad del centro del objeto. La forma de la anomalía depende de la profundidad del objeto, la inclinación del campo H, y generalmente posee valores positivos y negativos (Fig. 4). Un desarrollo de la teoría más detallado se encuentra (en inglés) aquí.
Desarrollo de la encuesta magnética en Talgua (1996): Levantamos una línea de base desde el punto de referencia del sitio al oeste. Pusimos banderines separados a 1 metro entre las distancias 14 hasta 33 metros. Levantamos otra línea paralela con la base, también marcada por banderines, 40 metros al norte. Extendimos una cinta métrica entre el primer banderín en la línea de base y el banderín 40 metros al norte, y seguimos hasta una cerca (51 meteros en total). Pasamos por la cinta y hicimos mediciones separados por distancias de 1.0 metro. Al llegar al fin de la cinta, pusimos otra cinta entre el segundo banderín de cada línea de referencia y seguimos en la misma manera, con mediciones separadas por 1.0 metro. Así obtuvimos datos sobre una cuadrícula de 1.0 metro. Durante otra etapa de medidas magnéticas, realizamos medidas en un bloque al sur de la línea de base (Fig. 5).
Sincronizamos los relojes de los dos magnetómetros. Establecimos un magnetómetro de base unos 50 metros al sur del punto de referencia, fuera del área de actividades. Este instrumento midió el campo geomagnético cada 20 segundos y se acumularon los datos en la memoria del instrumento.
El magnetómetro móvil se preparó en configuración gradiente, con un sensor 80 cm sobre la superficie y otro a 160 cm. El aparato necesita 9 pilas del tamaño "D". Las pilas alcalinas tienen cajas de acero y el conjunto de 9 afecta los sensores a distancias de 2 metros. Por eso, utilizo pilas recargables con cajas de plástico. Un conjunto de pilas sirve para unas 1200 hasta 1500 mediciones antes de perder su potencia. Aunque las cajas son de plástico, los términos de estas pilas son magnéticos. Es necesario separar lo más posible los sensores de las pilas. Por eso, se necesitan dos personas para realizar las mediciones: una lleva los sensores, la otra lleva la caja con las pilas y circuitos electrónicos 2 metros detrás de los sensores (Fig. 6). El instrumento hace 2 mediciones en cada estación, una por el sensor superior y otra por el sensor inferior. Un conjunto de mediciones dura unos 7 segundos. Un equipo con experiencia puede ocupar unas 5 estaciones por minuto, unas 300 estaciones por hora si no pierde tiempo en mover la cinta métrica entre perfiles.
Los datos se pasan de la memoria de los magnetómetros (base y móvil) a computadora por cable y puerto en serie ( RS-232). Los programas MAGPAC (Geometrics, 1988) ayudan con la corrección por los cambios diarios (Fig. 7), la separación de los datos de los dos sensores, y juntar las coordinadas con los valores de las medidas. Los datos elaborados se escriben en fichas ASCII para pasarlos a otros programas. Utilizo el programa Surfer por Golden Software (Keckler, 1994) para preparar planos acotados que muestran los resultados. Un geofísico con experiencia en MAGPAC y Surfer necesita menos de una hora en computadora para elaborar los datos y dibujar mapas después de cada día de trabajo en el campo.
Resultados: Se presentan los resultados magnéticos en forma de mapas (Fig. 8). Se ve en Fig. 8a que las mediciones hechas por el sensor inferior tienen más detalles que las del sensor superior (Fig. 8b). La mayor anomalía ocurre en las coordenadas -17 metros este, 31 metros norte (-17, 31), y posee la forma del dipolo magnético para esta región (Fig. 9). Los cálculos muestran que el núcleo del dipolo magnético debe ser menos de 200 cm debajo del sensor inferior, o sea menos de 140 cm debajo de la superficie.
El Dr. Chris Begley supervisó la excavación para buscar la causa de esta anomalía. Los arqueólogos descubrieron un fogón (Fig. 10), piedra quebrada circundada por suelo quemado. Encontraron huesos de animal (venado?) y piezas cerámicas, pero había descubrimiento más importante dentro de otra excavación y no estudiaron los detalles. La laterita (el suelo rojo compuesto de los óxidos del hierro y del aluminio) aumenta la susceptibilidad magnética bajo la influencia del calor. El mineral hematites se convierte (Fe2O3, romboidal) en la maghemita (Fe2O3, forma del cristal diferente pero discutible) (Lindslay, 1976, p. L-18), una forma que se convierte a la hematites otra vez después de largo tiempo.
Se puede sustraer la medida de un sensor de la del otro y dividir por las distancia entre ellos para obtener la gradiente del campo magnético. A veces este muestra detalles mejor que el mapa de las medidas hechas por solamente el sensor inferior. En Fig. 11, el campo medido por el sensor inferior ha sido sustraído del campo medido por el sensor superior. El dipolo en (-17, 31) de la Fig. 11a es todavía la anomalía más potente, pero hay dipolos también en (-29, 34) y (-28, 44). En Fig. 11b, se redució el intervalo entre contornos de 5 gammas/metro a 1 gamma/metro. Ya se puede identificar dipolos en (-30,7), (-17, 10) y (-19, 44). Parece que una estructura subterránea pasa desde el noroeste hasta el sureste entre las coordinadas (-33, 27) a (-14,21).
Es importante terminar las mediciones magnéticas antes de excavar. Suelos perturbados causan anomalías en las lecturas porque el suelo conserva un magnetismo remanente obtenido por los efectos del campo geomagnético aplicado por largo tiempo.
Realizamos mediciones sobre unos montículos (Área B de Fig. 5). Los resultados (Fig. 12, a-c) muestran más variaciones que los de la plaza plana (Área A de Fig. 5), pero las anomalías parecen relacionadas con la topografía (Fig. 12d) en lugar de hacerlo con objetos o estructuras enterradas. La labor de separar los efectos del terreno de las medidas, para poder observar los efectos de los objetos escondidos, no ha sido completado.
Medidas geomagnéticas en el sitio 0L-0020 (Gómez, 1995) muestran otra anomalía topográfica (Fig. 13). Cuando el área de investigación no es horizontal, es necesario medir los cambios de altura para entender si las anomalías son por causas conocidas o desconocidas.