Палеомагнетизм и магнитостратиграфия

курсовая работа

3.2 Магнитные свойства горных пород

Носителями палеомагнитной информации в горных породах являются зерна минералов, относящихся к группе ферромагнетиков - веществ, в которых атомные магнитные моменты располагаются упорядоченно. В зависимости от вида упорядочения ферромагнетики разделяются на четыре класса (рис. 9). Образцы пород содержащие зёрна ферромагнетиков извлекают из породы, чтобы потом определить в них направление, характер и, реже, величину вектора остаточной намагниченности.

Рис. 9. Направления магнитных моментов атомов: а- ферромагнетики, б- антиферромагнетики, в- ферримагнетики, г- слабые ферромагнетики (Молостовский, Храмов, 1997)

Намагниченность ферромагнетиков описывается доменной структурой; объем ферромагнетика разбивается на домены - области с разными направлениями намагниченности. В отсутствие внешнего поля магнитные моменты доменов взаимно скомпенсированы. В процессе намагничивания тела в слабых полях, сначала происходит смещение доменных границ: домены, направление намагниченности которых ближе к направлению внешнего поля, растут за счет остальных. В более сильных полях, когда образец достигает однодоменного состояния, начинается поворот векторов намагниченности к направлению внешнего поля, пока все они не станут ему параллельными; поле, в котором это достигается, называется полем насыщения. Намагниченность вещества в этом состоянии называется намагниченностью насыщения Is. Если теперь уменьшать внешнее поле, то кривая размагничивания пойдет выше кривой намагничивания (рис. 10) и когда поле полностью исчезнет, намагниченность окажется не равной нулю - получим остаточную намагниченность насыщения Irs.

Рис. 10. Петля магнитного гистерезиса. (Молостовский, Храмов, 1997)

Чтобы намагниченность стала равной нулю, необходимо приложить поле противоположного направления - это поле называется коэрцитивной силой Hc. Если увеличивать поле в этом направлении, опять наступит насыщение. Аналогично процесс пойдет и в обратном направлении. Цикл этот называется магнитным гистерезисом, а его изображение (рис. 13) - петлей магнитного гистерезиса. Если поле слабее, чем поле насыщения то получаются частные петли магнитного гистерезиса. Возникающая при этом намагниченность называется нормальной или изотермической, а ее часть после снятия поля - нормальной остаточной намагниченностью Ir. (Молостовский, Храмов, 1997)

Естественная намагниченность горной породы во многом определяется магнитным полем Земли. Различают индуктивную и остаточную намагниченность. Индуктивная, в отличие от остаточной, существует только в присутствии магнитного поля. Суммарная намагниченность определяется по формуле:

J=kH+Jr

где k - магнитная восприимчивость; Jr - остаточная намагниченность; H - величина напряжённости магнитного поля. В геологических приложениях палеомагнитологии используют, как правила, остаточную намагниченность Jr.

Самые распространённые из магнитных минералов: 1)Магнетит (температура Кюри 580° С) 2)Гематит (температура Кюри 675° С) 3)Титаномагнетит (температура Кюри зависит от содержания титана и железа и изменяется от низких температур до 580° С)

При нагревании магнитного минерала выше точки Кюри остаточная намагниченность в нём исчезает. С другой стороны, при остывании магнитных минералов ниже точки Кюри в них в присутствии внешнего магнитного поля возникает термоостаточная намагниченность.

Существуют и другие виды остаточной намагниченности: Ориентационная (осадочная) намагниченность возникает при образовании осадочных горных пород -- при осаждении частиц магнитных минералов или при перемещении в ещё жидком осадке. Под воздействием геомагнитного поля эти частицы ориентируются подобно магнитным стрелкам.

Химическая (кристаллизационная) намагниченность возникает во внешнем магнитном поле при химическом изменении магнитного или первоначально немагнитного минерала, например при окислении магнетита до гематита, когда вместе с исчезновением магнетита исчезает связанная с ним намагниченность и возникает химическая намагниченность гематита.

Вязкая остаточная намагниченность образуется при длительном воздействии внешнего магнитного поля. Она постепенно усиливается в присутствии и ослабевает в отсутствии внешнего магнитного поля.

Идеальная остаточная намагниченность возникает, если ферромагнитное вещество подвергается воздействию переменного поля одновременно с наложением постоянного поля. Эта намагниченность параллельна и пропорциональна постоянному полю. Идеальную остаточную намагниченность естественного происхождения можно встретить лишь у пород подвергавшихся удару молнии, которая порождает не только большие постоянные, но и переменные поля.

При низкой температуре после воздействия сильного постоянного поля горная порода приобретает нормальную остаточную намагниченность.

Намагниченность любого рода, в горных породах, носит статический характер. Это значит, что при образовании, например, ориентационной намагниченности отдельные зёрна не обязательно строго ориентируются соответственно магнитному полю, что объясняется присутствием дезориентирующих факторов, таких как броуновское движение, подводные течения и др. Различия в намагниченности разных образцов одного стратиграфического уровня может достигать десятков градусов.

В качестве параметра, характеризующего рассеяние, используют кучность векторов намагниченности, которая характеризует разброс векторов вокруг некоторого среднего направления. Среднее направление для однокомпонентной намагниченности будет приближённо совпадать с направлением геомагнитного поля в момент образования этой компоненты намагниченности. (Шипунов, 1994)

Чем больше разброс векторов, тем меньше величина кучности. Так, например, для совокупности векторов с кучностью равной 30 (Табл. 1) основное количество векторов (95%) будет располагаться в конусе с углом при вершине около 50°. Кучность, как правило, выше для магматических и ниже для осадочных пород.

Таблица 1. Разброс совокупности векторов (в градусах) для различных значений кучности. (Шипунов, 1994)

Кучность

10

20

30

50

100

500

1000

5000

Разброс

91

65

52

40

28

13

9

4

Возникающая в горных породах намагниченность может содержать несколько разных компонент - различных по своей природе, времени образования, направлению и составу магнитных минералов. Такая суммарная намагниченность называется естественной остаточной намагниченностью.

В настоящее время известно о самообращении остаточной намагниченности в горных породах, что не согласуется с основным принципом палеомагнетизма -- соответствию вектора остаточной намагниченности направлению геомагнитного поля, существовавшему во время намагничивания горной породы. Явление частичного самообращения возможно в быстро остывающих с геологической точки зрения породах и может приводить как к аномально низким значениям, так и к появлению компоненты, намагниченной противоположно геомагнитному полю времени намагничивания. (Марков и др., 2010)

Делись добром ;)