Аннотация.
Палеомагнитология - область геофизики, изучающая геомагнитное поле в прошлом. История магнитного поля Земли записана в виде остаточной намагниченности в гонных породах, содержащих ферромагнитные минералы. Вектор первичной остаточной намагниченности параллелен направлению древнего поля, а его величина прямо пропорциональна напряженности. Измеряя величину и направление естественной остаточной намагниченности горных пород, получают некоторую информацию о величине и направлении древнего магнитного поля в современных координатах точки отбора образцов.
Содержание курса
1. Современное магнитное поле Земли.
Элементы магнитного поля. Единицы измерения напряженности поля. Система координат. Сферический гармонический анализ измеренных значений геомагнитного поля (Гаусс, 1824), позволяющий рассчитать элементы поля в любой заданной точке пространства. Модель IGRF-94. Дипольный характер поля. Потенциал диполя. Соотношение между наклонением и положением точки относительно полюса диполя. Прямая и обратная задачи.
Главное магнитное поле Земли и аномальное поле. Аномальные поля океанов и континентов.
Короткопериодные и вековые вариации магнитного поля Земли.
Инверсии геомагнитного поля.
2. Генерация магнитного поля Земли.
Внутреннее строение Земли. Параметры вещества во внешнем ядре. Тепловое состояние. Конвекция проводящей жидкости в присутствии слабого магнитного поля. Самовозбуждающийся (самоподдерживащийся) режим системы движений в ядре. Численная модель геомагнитного поля Глатцмайера и Робертса (1995).
Инверсии поля.
Вращение Земли.
Магнитные поля Солнца и планет.
3. Магнетизм горных пород
Ферромагнетизм вещества – самопроизвольная (спонтанная) намагниченность кристаллического вещества как следствие действия квантовых обменных электростатических сил, создающих спиновый магнитный порядок, разрушающийся при Тс. Температура Кюри как точка фазового превращения второго рода (переход порядок-беспорядок) k* Тс =E обм . Модель цепочки спинов Изинга.
Гистерезис, намагниченность насыщения, остаточная намагниченность, коэрцитивная сила, магнитная восприимчивость ферромагнетика.
Ферримагнетизм – магнетизм неметаллических магнетиков, в которых спонтанная намагниченность в подрешетках кристаллической структуры ( модель Нееля, 1947) имеет противоположное направление – вследствие действия квантового косвенного обменного взаимодействия (Андерсон, Крамерс, 1963). Магнитные минералы в горных породах. Магнетит – гематит и тройная система TiO2 – Fe3O4 – Fe2O3 – титаномагнетитовый и гемоильменитовый ряды твердых растворов. Сульфиды и гидроокислы железа. Химические превращения, приводящие к появлению магнитных минералов. Первичные и вторичные соединения.
Процессы намагничивания ферромагнетиков, доменная структура. Однодоменные, суперпарамагнитные и многодоменные частицы и их коэрцитивность. Время релаксации. Горная порода как ансамбль частиц.
4. Виды намагниченности горных пород в земном магнитном поле.
Термоостаточная намагниченность возникает при охлаждении ферримагнетика от температур, выше температуры Кюри, до температуры дневной поверхности в присутствии геомагнитного поля. Блокирующая температура, стабильность остаточной намагниченности.
Химическая остаточная намагниченность обусловлена ростом ферримагнитных минералов в присутствии магнитного поля.
Ориентационная остаточная намагниченность образуется при осаждении намагниченных частиц ферримагнетика, вследствие ориентирующего влияния на них магнитного поля Земли. Первичная и вторичная остаточные намагниченности.
Параллельность направления поля и направления остаточной намагниченности в горной породе.
5. Измерение остаточной намагниченности
Ориентированные образцы. Измерения компонент остаточной намагниченности с помощью магнитостатических, рок-генераторов и квантовых приборов.
Магнитная чистка естественной остаточной намагниченности горных пород – температурная и/или переменным полем.
Анализ ступенчатой чистки естественной остаточной намагниченности с помощью диаграмм Зийдервельда и разделение направлений компонент естественной остаточной намагниченности.
6. Математические методы обработки палеомагнитных данных
Компоненты намагниченности (x,y,z) и переход к склонению и наклонению в современной географической системе координат.
Расчет положения полюса древнего дипольного поля в современнной системе координат (виртуальный полюс). Переход в древнюю систему координат, в которой дипольный полюс расположен на оси вращения Земли. Учет недипольной составляющей поля. Матрицы вращения. Статистика Фишера для определения среднего положения и достоверности результатов множества измерений направлений остаточной намагниченности. Каталоги палеомагнитных определений и Глобальная база палеомагнитных данных (Макэлхинни, Лок, 1995).
7. Применение методов палеомагнетизма в геологии
Постановка геологических задач: стратиграфических и тектонических.
Выбор объектов исследования. Полевые методы контроля – метод складок и метод галек.
Шкалы инверсий – глобальные и региональные. Абсолютная шкала Кокса (1963). Шкалы инверсий по линейным магнитным аномалиям и по океаническим осадкам (1975). Магнито-стратиграфические шкалы. Палеомагнитная корреляция.
Траектории кажущейся миграции палеомагнитных полюсов.
Палеомагнитные реконструкции. Палеоуральский и Палеоазиатский океаны. Палеомагнетизм докембрия. Траектории полюсов и проблема Родинии. Соответствие направлений движений, определенных по палеомагнитным данным за последние 3.5 миллиона лет и скоростей современных движений по даннным GPS. Тектоника – от континентов до террейнов. Основные результаты.
8. Методы магнетизма горных пород в геологии
Интерпретация данных магниторазведки.
Магнитные модели океанической и континентальной коры.
Использование магнитной восприимчивости приповерхностных пород (почв и современных осадков) для решения экологических задач. Ареалы загрязнения и процессы переноса. |
