Caratterizzazione magnetometrica

La prospezione magnetica è una delle tecniche d'indagine più importanti e più utilizzate applicate principalmente alla ricerca archeologica, questo grazie al fatto che è una tecnica assolutamente non distruttiva, con una buona rapidità d’investigazione ed economicità d’impiego.
Il metodo magnetico si basa sulla misura delle variazioni del Campo Magnetico Terrestre (CMT) o del suo gradiente.
Le variazioni o anomalie magnetiche sono rappresentate dal contrasto tra la suscettività magnetica della diversa composizione e della suscettività del terreno. 

Fig.1 – Diagramma di un profilo magnetico diretto S-N,ottenuto sovrapponendo l’effetto del campo magnetico terrestre con un campo magnetico anomalo dovuto ad una struttura localizzata (Weymouth, 1986).

Il contrasto di suscettività è forte quando è alto il contenuto di minerali ferro e ferri-magnetici in uno dei due elementi o quando sono subentrati fenomeni di stress termico sugli elementi stessi.

La maggior parte dei terreni ha un contenuto di minerali di ossido di ferro che va dall’1% al 10%, quali ad esempio la magnetite (Fe3O4), l’ematite (Fe2O3) e la maghemite (γ- Fe2O3) che sono sostanze ferromagnetiche.
Il suolo coltivato e in minor misura anche quello incolto, hanno nel loro strato superiore (circa 30 cm) una suscettività magnetica più alta rispetto a quella riscontrabile negli strati più profondi, a causa della trasformazione dell’ematite nella magnetite che è magneticamente forte.
I meccanismi responsabili di quest’ effetto:
1. Processo di fermentazione derivante dalla degradazione dei rifiuti organici, che abbonda nei campi coltivati e nelle fosse di scarico degli insediamenti.
2. Una pratica comune era quella di bruciare l’erba secca, arbusti e legna per ripulire il terreno prima di coltivarlo. Durante la combustione, l’ossigeno si consuma quindi lo strato superiore del terreno si riduce e successivamente avviene la riossidazione a contatto con l’aria.
Da ciò risulta che il suolo coltivato, laterizi sepolti nel terreno naturale, buche, fosse, presentano valori magnetici decisamente superiori (anche di parecchie decine di ordini di grandezza) rispetto a quelli del fondo naturale e sono quindi misurate come anomalie positive. Le aree invece con inferiori concentrazioni di minerali ferro-magnetici, ad esempio muri in arenaria hanno una minore suscettività magnetica rispetto ai terreni che li circondano e sono misurate come anomalie negative.

Alcuni materiali come manufatti in argilla cotta (laterizi, ceramica, ecc.), o materiali venuti direttamente a contatto con il fuoco (focolari, fornaci, ecc.) possono aver subito fenomeni di stress termici. Il calore agisce a livello atomico sull'orientazione dei dipoli magnetici di ogni cristallo di magnetite, che si dispongono secondo la direzione del campo magnetico terrestre presente in quel luogo e in quel dato momento. Il successivo rapido raffreddamento "congela" l'orientamento magnetico parallelamente al campo magnetico della terra.

I problemi che possono compromettere la ricognizione sono numerosi:
- condizioni geologiche proibitive: quando si lavora stando sul minerale di ferro o su certi basalti.
- rumore del suolo: variazioni dello spessore dell’humus
- la presenza di tubature in ferro, cavi elettrici sotterranei o linee ad alta tensione.
- lo stesso campo magnetico terrestre è una fonte di disturbo perché varia considerevolmente nel corso del tempo.

Il rilievo magnetico con la tecnica del gradiente, che si basa sull’impiego di un magnetometro differenziale o gradiometro (tipo MAGNEX 120), da un’indicazione continua delle variazioni di intensità del campo magnetico terrestre. Rispetto al metodo della misura del campo totale, ha il vantaggio di poter operare indipendentemente dalle variazioni magnetiche temporali naturali o dalle interferenze magnetiche di origine antropica che interagiscono con il segnale magnetico reale.

PROCEDURE DI CAMPO
Per eseguire una prospezione magnetica è auspicabile che il terreno da analizzare sia abbastanza uniforme, costituito da materiali fini e con una moderata suscettività magnetica. Sono invece, condizioni sfavorevoli, considerate come rumore di fondo, un terreno sabbioso di bassa suscettività, vistose irregolarità della superficie, la presenza di grossi blocchi di materiale vulcanico nelle vicinanze o la presenza di detriti metallici.
Un’altra condizione molto importante è che l’operatore sia “magneticamente pulito”, cioè privo di oggetti metallici che potrebbero influenzare i sensori.
Per effettuare la prospezione l’operatore deve percorrere l’area oggetto d’indagine seguendo una griglia regolare con passi predefiniti variabili tra 1 e 5 m e deve eseguire le misure in corrispondenza dei nodi della griglia.