Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Магнитные полосы - это результат изменения направления поля Земли и распространения морского дна. Новая океаническая кора при образовании намагничивается, а затем удаляется от хребта в обоих направлениях. Модели показывают гребень (а) около 5 миллионов лет назад (б) около 2 лет назад и (в) в настоящее время. [1]

Палеомагнетизм , или palaeomagnetism , является изучение записи в магнитном поле Земли в горных породах, донных отложений, или археологических материалов. Магнитные минералы в горных породах могут фиксировать направление и интенсивность магнитного поля при их формировании. Эта запись предоставляет информацию о поведении магнитного поля Земли в прошлом и местонахождении тектонических плит в прошлом . Запись геомагнитных инверсий, сохраненных в вулканических и осадочных породах ( магнитостратиграфия ), обеспечивает шкалу времени, которая используется в качестве геохронологического инструмента. Геофизикитех, кто специализируется на палеомагнетизме, называют палеомагнетиками.

Палеомагнетисты возглавили возрождение гипотезы континентального дрейфа и ее преобразование в тектонику плит . Видимые пути полярного блуждания дали первое четкое геофизическое свидетельство дрейфа континентов , в то время как морские магнитные аномалии сделали то же самое для спрединга морского дна . Палеомагнитные данные продолжают расширять историю тектоники плит в прошлое, поскольку их можно использовать для ограничения древнего положения и движения континентов и континентальных фрагментов ( террейнов ).

Палеомагнетизм во многом опирался на новые разработки в области магнетизма горных пород , которые, в свою очередь, послужили основой для новых применений магнетизма. К ним относятся биомагнетизм , магнитные ткани (используемые в качестве индикаторов деформации в горных породах и почвах) и магнетизм окружающей среды .

История [ править ]

Основная статья: История геомагнетизма

Еще в XVIII веке было замечено отклонение стрелки компаса вблизи сильно намагниченных обнажений. В 1797 году фон Гумбольдт приписал эту намагниченность ударам молнии (а удары молнии часто намагничивают камни на поверхности). [2] [3] В XIX веке исследования направления намагниченности в горных породах показали, что некоторые недавние лавы намагничивались параллельно магнитному полю Земли. В начале 20 века работы Дэвида, Брюнеса и Меркантона показали, что многие породы намагничены антипараллельно полю. Японский геофизик Мотонори Матуяма показал, что магнитное поле Земли изменилось на противоположное в середине четвертичного периода , это изменение теперь известно как обращение Брюнес-Матуяма . [2]

Британский физик П. М. Блэкетт дал мощный толчок развитию палеомагнетизма, изобретя в 1956 году чувствительный астатический магнитометр . Его намерением было проверить свою теорию о том, что геомагнитное поле связано с вращением Земли, теорию, которую он в конечном итоге отверг; но астатический магнитометр стал основным инструментом палеомагнетизма и привел к возрождению теории дрейфа континентов . Альфред Вегенер впервые предположил в 1915 году, что континенты когда-то были соединены вместе и с тех пор разделились. [4] Хотя он представил множество косвенных доказательств, его теория не получила широкого признания по двум причинам: (1) отсутствие механизма дрейфа континентов.было известно, и (2) не было возможности восстановить движение континентов во времени. Кейт Ранкорн [5] и Эдвард А. Ирвинг [6] построили очевидные полярные пути странствий для Европы и Северной Америки. Эти кривые расходятся, но их можно согласовать, если предположить, что континенты контактировали до 200 миллионов лет назад. Это дало первое четкое геофизическое свидетельство дрейфа континентов. Затем, в 1963 году, Морли, Вайн и Мэтьюз показали, что морские магнитные аномалии свидетельствуют о расширении морского дна .

Поля [ править ]

Палеомагнетизм изучается по ряду шкал:

  • Вековая вариация геомагнитного поля - это мелкомасштабные изменения направления и напряженности магнитного поля Земли. Северный магнитный полюс постоянно смещается относительно оси вращения Земли. Магнетизм является вектороми поэтому изменение магнитного поля изучается palaeodirectional измерений магнитного склонения и магнитных наклон и palaeointensity измерений.
Изменения магнитной полярности Земли за последние 5 миллионов лет. Темные области представляют нормальную полярность (такую ​​же, как текущее поле); светлые области представляют обратную полярность.
  • Магнитостратиграфия используетисторию изменения полярности магнитного поля Земли, записанную в горных породах, для определения возраста этих пород. На протяжении всей истории Земли инверсии происходили нерегулярно. Возраст и характер этих инверсий известны из изучениязон распространения морского дна и датирования вулканических пород.

Принципы остаточной намагниченности [ править ]

Изучение палеомагнетизма возможно, потому что железосодержащие минералы, такие как магнетит, могут фиксировать прошлые направления магнитного поля Земли. Магнитные сигнатуры в горных породах могут быть зарегистрированы несколькими различными механизмами.

Термоостаточная намагниченность [ править ]

Основная статья: Термоостаточная намагниченность

Минералы оксида железа и титана в базальте и других магматических породах могут сохранять направление магнитного поля Земли, когда породы охлаждают через температуры Кюри этих минералов. Температура Кюри магнетита , оксида железа группы шпинели , составляет около 580 ° C, тогда как большинство базальтов и габбро полностью кристаллизуются при температурах ниже 900 ° C. Следовательно, минеральные зерна не вращаются физически для выравнивания с полем Земли, а скорее могут фиксировать ориентацию этого поля. Сохраненная таким образом запись называется термоостаточной намагниченностью.(TRM). Поскольку при охлаждении вулканических пород после кристаллизации могут происходить сложные реакции окисления, ориентация магнитного поля Земли не всегда точно регистрируется, и запись не обязательно сохраняется. Тем не менее, данные о базальтах океанической коры сохранились достаточно хорошо, чтобы сыграть решающую роль в развитии теорий распространения морского дна, связанных с тектоникой плит . TRM также может быть записан в гончарных печах , очагах и обожженных глиняных постройках. Дисциплина, основанная на изучении термоостаточной намагниченности археологических материалов, называется археомагнитным датированием . [7]

Остаточная намагниченность детрита [ править ]

В совершенно другом процессе магнитные зерна в отложениях могут выровняться с магнитным полем во время или вскоре после осаждения; это известно как остаточная намагниченность детрита (DRM). Если намагниченность приобретается по мере осаждения зерен, результатом является остаточная намагниченность осаждения детрита (dDRM); если он получен вскоре после осаждения, это остаточная намагниченность после осаждения обломков (pDRM). [8]

Химическая остаточная намагниченность [ править ]

Смотрите также: Химическая остаточная намагниченность

В третьем процессе магнитные зерна растут во время химических реакций и регистрируют направление магнитного поля во время своего образования. Считается, что поле регистрируется методом химической остаточной намагниченности (CRM). Обычная форма химической остаточной намагниченности - это минерал гематит , другой оксид железа . Гематит образуется в результате химических реакций окисления других минералов в породе, включая магнетит . Красные прослои , обломочные осадочные породы (например, песчаники ) имеют красный цвет из-за гематита, образовавшегося во время осадочного диагенеза . Подписи CRM в redbeds могут быть весьма полезны, и они часто используются вмагнитостратиграфические исследования. [9]

Изотермическая остаточная намагниченность [ править ]

Смотрите также: Remanence

Остаточная намагниченность, возникающая при фиксированной температуре, называется изотермической остаточной намагниченностью (IRM) . Подобная остаточная способность бесполезна для палеомагнетизма, но может быть получена в результате ударов молнии. Остаточную намагниченность, вызванную молнией, можно отличить по ее высокой интенсивности и быстрому изменению направления в масштабе сантиметров. [10] [9]

IRM часто индуцируется в буровых кернах магнитным полем стального керна. Этот загрязнитель обычно расположен параллельно стволу, и большую его часть можно удалить путем нагревания до примерно 400 ℃ или размагничивания в небольшом переменном поле.

В лаборатории IRM вызывается приложением полей различной силы и используется для многих целей в магнетизме горных пород .

Вязкая остаточная намагниченность [ править ]

Основная статья: Вязкая остаточная намагниченность

Вязкая остаточная намагниченность - это остаточная намагниченность, которую ферромагнетики приобретают в течение некоторого времени в магнитном поле. В горных породах это намагничивание обычно совпадает с направлением современного геомагнитного поля. Доля общей намагниченности породы, которая является вязкой остаточной намагниченностью, зависит от магнитной минералогии.

Палеомагнитная процедура [ править ]

Сбор образцов на суше [ править ]

Возраст самых старых горных пород на дне океана составляет 200 миллионов лет назад - это очень молодой возраст по сравнению с самыми старыми континентальными породами, возраст которых составляет 3,8 миллиарда лет назад. Чтобы собрать палеомагнитные данные, возраст которых превышает 200 млн лет назад, ученые обращаются к образцам, содержащим магнетит, на суше, чтобы восстановить древнюю ориентацию поля Земли.

Палеомагнетики, как и многие геологи, тяготеют к обнажению обнаженных пород. Вырезы дороги - удобный искусственный источник обнажений.

«И повсюду, в изобилии на этой полмили [дорожной развязки], есть маленькие, аккуратно проделанные отверстия ... похоже, Хилтон для крапивников и лиловых мартинов». [11]

Выборка преследует две основные цели:

  1. Извлекайте образцы с точной ориентацией и
  2. Уменьшите статистическую неопределенность.

Одним из способов достижения первой цели является использование бурового снаряда с алмазными коронками на конце трубы. Сверло вырезает цилиндрическое пространство вокруг камня. Это может быть неприятно - сверло необходимо охладить водой, и в результате из отверстия будет извергаться грязь. В это пространство вставляется еще одна труба с прикрепленным компасом и инклинометром . Они обеспечивают ориентацию. Перед тем, как это устройство будет снято, на образце царапается след. После того, как образец будет отломан, отметку можно увеличить для наглядности. [12]

Приложения [ править ]

Палеомагнитные свидетельства, как инверсии, так и данные о полярных блужданиях, сыграли важную роль в проверке теорий дрейфа континентов и тектоники плит в 1960-х и 1970-х годах. Некоторые применения палеомагнитных данных для реконструкции истории террейнов продолжают вызывать споры. Палеомагнитные данные также используются для ограничения возможных возрастов горных пород и процессов и при реконструкции историй деформаций частей земной коры. [3]

Обратную магнитостратиграфию часто используют для оценки возраста участков, содержащих окаменелости и останки гомининов . [13] И наоборот, для окаменелости известного возраста палеомагнитные данные могут определить широту, на которой окаменелость была отложена. Такая палеоширота дает информацию о геологической среде во время отложения.

Палеомагнитные исследования сочетаются с геохронологическими методами для определения абсолютного возраста пород, в которых сохраняется магнитная запись. Для магматических пород, таких как базальт , обычно используются методы геохронологии калий-аргон и аргон-аргон .

Ученые из Новой Зеландии обнаружили, что они могут выяснить прошлые изменения магнитного поля Земли, изучая паровые печи, которым от 700 до 800 лет, или ханги , которые маори использовали для приготовления пищи. [14]

См. Также [ править ]

  • Геофизика  - физика Земли и ее окрестностей
  • Магнитохимия  - Изучение магнитных свойств химических соединений.
  • Палеоклиматология  - Изучение изменений древнего климата
  • Реконструкция  плит - процесс реконструкции положения тектонических плит в геологическом прошлом.
  • Рок-магнетизм  - Изучение магнетизма в породах.

Примечания и ссылки [ править ]

  1. ^ W. Jacquelyne, Kious; Роберт И., Тиллинг (2001). «Развивая теорию» . Эта динамическая Земля: история тектоники плит (онлайн-издание, версия 1.20) . Вашингтон, округ Колумбия: Геологическая служба США. ISBN 0-16-048220-8. Проверено 6 ноября +2016 .
  2. ^ а б Глен 1982
  3. ^ a b McElhinny & McFadden 2000
  4. ^ Глен, Уильям (1982). Дорога к Харамилло: критические годы революции в науках о Земле . Stanford University Press . С.  4–5 . ISBN 0-8047-1119-4.
  5. Перейти ↑ Runcorn, SK (1956). «Палеомагнитные сравнения Европы и Северной Америки». Proc. Геол. Доц. Канада . 8 : 77–85.
  6. ^ Ирвинг, Э. (1956). «Палеомагнитные и палеоклиматологические аспекты полярных странствий». Geofis. Pura. Appl . 33 (1): 23–41. Bibcode : 1956GeoPA..33 ... 23I . DOI : 10.1007 / BF02629944 . S2CID 129781412 . 
  7. ^ Herries, AIR; Адамс, JW; Kuykendall, KL; Шоу, Дж. (2006). "Спелеология и магнитобиостратиграфическая хронология местонахождения GD 2 палеопещерных отложений, содержащих гондолинские гоминины, Северо-Западная провинция, Южная Африка". Журнал эволюции человека . 51 (6): 617–31. DOI : 10.1016 / j.jhevol.2006.07.007 . PMID 16949648 . 
  8. ^ "Детритная остаточная намагниченность (DRM)" . MagWiki: Магнитная вики для ученых-геологов . Проверено 11 ноября 2011 года .
  9. ^ a b Tauxe, Лиза (24 мая 2016 г.). «Химическая остаточная намагниченность» . Основы палеомагнетизма: Web Edition 3.0 . Проверено 18 сентября 2017 года .
  10. ↑ Данлоп и Оздемир 1997
  11. Перейти ↑ McPhee 1998 , pp. 21–22
  12. ^ Tauxe 1998
  13. ^ Herries, AIR; Ковачева, М .; Костадинова, М .; Шоу, Дж. (2007). «Археонаправленные данные и данные об интенсивности сожженных построек на фракийской стоянке Халка Бунар (Болгария): влияние магнитной минералогии, температуры и атмосферы нагрева в древности». Физика Земли и планетных недр . 162 (3–4): 199–216. Bibcode : 2007PEPI..162..199H . DOI : 10.1016 / j.pepi.2007.04.006 .
  14. ↑ Амос, Джонатан (7 декабря 2012 г.). «Камни маори содержат магнитные подсказки» . BBC News . Проверено 7 декабря 2012 года .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Батлер, Роберт Ф. (1992). Палеомагнетизм: от магнитных доменов до геологических террейнов . Блэквелл . ISBN 0-86542-070-X. Архивировано из оригинала 18 февраля 1999 года.
  • Данлоп, Дэвид Дж .; Оздемир, Озден (1997). Рок-магнетизм: основы и границы . Cambridge Univ. Нажмите . ISBN 0-521-32514-5.
  • Глен, Уильям (1982). Дорога к Харамилло: критические годы революции в науках о Земле . Stanford University Press . ISBN 0-8047-1119-4.CS1 maint: ref = harv ( ссылка )
  • МакЭлхинни, Майкл В .; Макфадден, Филип Л. (2000). Палеомагнетизм: континенты и океаны . Академическая пресса . ISBN 0-12-483355-1.
  • Макфи, Джон (1998). Летопись бывшего мира . Фаррар, Штраус и Жиру . ISBN 0-374-10520-0.
  • Tauxe, Лиза (2010). Основы палеомагнетизма . Калифорнийский университет Press . ISBN 978-0-520-26031-3.
  • Tauxe, Лиза (1998). Палеомагнитные принципы и практика . Kluwer . ISBN 0-7923-5258-0.

Внешние ссылки [ править ]

  • Справочные материалы по геомагнетизму и палеомагнетизму
  • Палеомагнитные данные из NGDC / WDC Boulder
  • Великий Магнит, Земля
  • Палеомагнитная база данных Океанографического института Скриппса (MagIC)