Propriedades elétricas
A natureza elétrica de um material é caracterizada por sua condutividade (ou, inversamente, sua resistividade) e sua constante dielétrica, e coeficientes que indicam as taxas de mudança destes com a temperatura, a frequência com que a medição é feita e assim por diante. Para rochas com uma variedade de composição química, bem como propriedades físicas variáveis de porosidade e conteúdo de fluido, os valores das propriedades elétricas podem variar amplamente.
A resistência (R) é definida como sendo um ohm quando uma diferença de potencial (tensão; V) através de uma amostra de magnitude de uma volt produz uma corrente (i) de um ampère; isto é, V = Ri. A resistividade elétrica (ρ) é uma propriedade intrínseca do material. Em outras palavras, é inerente e não depende do tamanho da amostra ou do caminho atual. Está relacionado à resistência por R = ρL / A, onde L é o comprimento da amostra, A é a área da seção transversal da amostra e as unidades de ρ são ohm-centímetro; 1 ohm-centímetro é igual a 0,01 ohm-metro. A condutividade (σ) é igual a 1 / ρ ohm -1 · centímetro -1 (ou denominado mhos / cm). Nas unidades SI, é dado em mhos / metro ou siemens / metro.
Alguns valores representativos da resistividade elétrica para rochas e outros materiais estão listados na tabela. Os materiais geralmente considerados "bons" condutores têm uma resistividade de 10 -5 a 10 ohm-centímetro (10 -7 a 10 -1 ohm-metro) e uma condutividade de 10 a 10 7 mhos / metro. Aqueles classificados como condutores intermediários têm uma resistividade de 100 a 9 ohm-centímetro (1 a 10 7 ohm-metro) e uma condutividade de 10 -7 a 1 mhos / metro. Os condutores “ruins”, também conhecidos como isoladores, têm uma resistividade de 10 10 a 10 17 ohm-centímetro (10 8 a 10 15 ohm metros) e uma condutividade de 10 a 15 a 10 -8. A água do mar é um condutor muito melhor (ou seja, possui menor resistividade) do que a água doce devido ao seu alto teor de sais dissolvidos; rocha seca é muito resistiva. Na subsuperfície, os poros são normalmente preenchidos até certo ponto por fluidos. A resistividade dos materiais tem uma ampla variedade - o cobre é, por exemplo, diferente do quartzo em 22 ordens de magnitude.
Resistividades típicas
| material | resistividade (ohm-centímetro) | |
|---|---|---|
| água do mar (18 ° C) | 21 | |
| água de superfície não contaminada | 2 (10 4) | |
| água destilada | 0,2–1 (10 6) | |
| água (4 ° C) | 9 (10 6) | |
| gelo | 3 (10 8) | |
| rochas in situ | ||
| sedimentar | argila, xisto macio | 100-5 (10 3) |
| xisto duro | 7–50 (10 3) | |
| areia | 5–40 (10 3) | |
| arenito | (10 4) - (10 5) | |
| morena glacial | 1–500 (10 3) | |
| calcário poroso | 1–30 (10 4) | |
| calcário denso | > (10 6) | |
| sal-gema | (10 8) - (10 9) | |
| ígnea | 5 (10 4) - (10 8) | |
| metamórfico | 5 (10 4) - 5 (10 9) | |
| rochas em laboratório | ||
| granito seco | 10 12 | |
| minerais | ||
| cobre (18 ° C) | 1,7 (10 −6) | |
| grafite | 5–500 (10 −4) | |
| pirrotita | 0,1-0,6 | |
| cristais de magnetita | 0,6-0,8 | |
| minério de pirita | 1– (10 5) | |
| minério de magnetita | (10 2) –5 (10 5) | |
| minério de cromita | > 10 6 | |
| quartzo (18 ° C) | (10 14) - (10 16) | |
Para correntes alternadas de alta frequência, a resposta elétrica de uma rocha é governada em parte pela constante dielétrica, ε. Essa é a capacidade da rocha para armazenar carga elétrica; é uma medida de polarizabilidade em um campo elétrico. Em unidades cgs, a constante dielétrica é 1,0 no vácuo. Nas unidades SI, é dado em farads por metro ou em termos da razão entre a capacidade específica do material e a capacidade específica de vácuo (que é de 8,85 × 10-12 farads por metro). A constante dielétrica é uma função da temperatura e da frequência para as frequências bem acima de 100 hertz (ciclos por segundo).
A condução elétrica ocorre nas rochas por (1) condução de fluido - isto é, condução eletrolítica por transferência iônica em água com poros salgados - e (2) condução de elétrons metálicos e semicondutores (por exemplo, alguns minérios de sulfeto). Se a rocha tiver alguma porosidade e contiver fluido, o fluido normalmente domina a resposta de condutividade. A condutividade da rocha depende da condutividade do fluido (e de sua composição química), do grau de saturação do fluido, porosidade e permeabilidade e temperatura. Se as rochas perdem água, como na compactação de rochas sedimentares clásticas em profundidade, sua resistividade normalmente aumenta.
Propriedades magneticas
As propriedades magnéticas das rochas surgem das propriedades magnéticas dos grãos e cristais minerais constituintes. Normalmente, apenas uma pequena fração da rocha consiste em minerais magnéticos. É essa pequena porção de grãos que determina as propriedades magnéticas e a magnetização da rocha como um todo, com dois resultados: (1) as propriedades magnéticas de uma determinada rocha podem variar amplamente dentro de um determinado corpo ou estrutura de rocha, dependendo de inomogeneidades químicas, condições deposicionais ou de cristalização e o que acontece com a rocha após a formação; e (2) rochas que compartilham a mesma litologia (tipo e nome) não precisam necessariamente compartilhar as mesmas características magnéticas. As classificações litológicas são geralmente baseadas na abundância de minerais de silicato dominantes, mas a magnetização é determinada pela fração menor de grãos minerais magnéticos, como óxidos de ferro. Os principais minerais magnéticos formadores de rocha são óxidos e sulfetos de ferro.
Embora as propriedades magnéticas das rochas que compartilham a mesma classificação possam variar de rocha para rocha, as propriedades magnéticas gerais geralmente dependem do tipo de rocha e da composição geral. As propriedades magnéticas de uma rocha específica podem ser bem compreendidas desde que se tenha informações específicas sobre as propriedades magnéticas de materiais e minerais cristalinos, bem como sobre como essas propriedades são afetadas por fatores como temperatura, pressão, composição química e tamanho dos grãos. A compreensão é aprimorada ainda mais por informações sobre como as propriedades de rochas típicas dependem do ambiente geológico e como elas variam com diferentes condições.
