Автореферат (1097651), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Помимопрочего, широко используемые плоско-волновые эксперименты [Cisowski andFuller, 1983; Louzada et al., 2010; Mang et al., 2013; и др.] дают лишь дискретныйнабор пиковых давлений (P) и ударно-индуцированных температур (T), причемтолько на подобных образцах, и не позволяют изучать ударно-индуцированныеэффекты во всем континууме P-T и при этом во всем спектре ударноиндуцированных превращений в веществе вплоть до его полного плавления.В отличие от вопросов ударного метаморфизма, и несмотря нафундаментальную значимость изменения магнитных свойств твердого тела подвоздействием облучений в целом и космических лучей в частности, этапроблема до сих пор оставалась малоизученной. Ранее было рассмотренорадиационное воздействие на магнетизм при γ-облучении [Бродская, 1968] инейтронной бомбардировке [Butler and Cox, 1971, 1974; Néel et al., 1964].
Однако,известно, что вторичные нейтроны слабо влияют на метеориты ввиду малогоэффективного поперечного сечения ядерной реакции – источника вторичныхнейтронов [Eugster et al., 2006]. Лишь в работе [Rowe, 1978], составляющейвсего две страницы, использовалась протонная бомбардировка с цельюэкспериментальной проверки гипотезы об образовании радиационноиндуцированной остаточной намагниченности (RIRM) при облучении; гипотезане подтвердилась. Таким образом, до сих пор не были проведены экспериментыпо моделированию SEP и GCR в лабораторных условиях с целью последующейоценки воздействия SEP и GCR на магнитные свойства внеземного вещества.Как показано в настоящей работе (см.
ниже, гл. 5), оба вышеописанныхфизических процесса, удары и облучения, могут потенциально приводить ксамообращению намагниченности ферримагнетиков – магнитообразующейфракции всех горных пород и внеземного вещества. Самообращениенамагниченности является альтернативным инверсиям ГМП механизмом4образования обратной намагниченности горных пород, но до сих поррассматривалось как довольно редкое явление. Однако, современныепалеомагнитные исследования показали, что коллекции – например, коллекциядолеритов долины р. Нижняя Тунгуска - могут содержать до 50% образцов сосвойствами самообращения [Щербаков и др., 2015]1, что делает изучениепроцессов и физического механизма самообращения намагниченности горныхпород крайне актуальным, ввиду того, что без учета процессов самообращениятакая обратная намагниченность может ошибочно интерпретироваться каксвидетельство инверсии ГМП и способствовать включению “ложных” инверсийГМП в мировую магнитохронологическую шкалу инверсий.
Несмотря на то, чтосамообращение намагниченности горных пород и физические механизмысамообращения широко обсуждаются в научной литературе, теоретическоймодели самообращения, основанной на ясно понимаемом физическоммеханизме самообращения, нет. Поэтому следующим шагом на пути кпониманию физики явления самообращения намагниченности являетсясоздание теоретической модели явления самообращения намагниченности,основанной на ясно понимаемом физическом механизме самообращения, иисследование процессов самообращения наманиченности методом численногомоделирования, а также выявление возможной связи явления самообращениянамагниченности с ударными воздействиями и облучениями.Цель работы. Настоящая работа имеет несколько целей:- выявить наличие, оценить и классифицировать закономерности изменениймагнитных свойств внеземного вещества при ударных воздействиях иоблучениях SEP и GCR в космическом пространстве через постановку рядаэкспериментов в лабораторных условиях, а именно:- исследование поведения остаточной намагниченности широкого спектраобразцов с наиболее распространенными во внеземном веществе и горныхпородах доминирующими магнитными минералами при воздействии точнокалибруемых гидростатических давлений в расширенном диапазоне до 2 ГПа.- исследование зависимости магнитных свойств лунного и марсианскогокорового материала от ударных механических воздействий и воздействиястатических давлений.- исследование всего спектра эффектов ударного метаморфизма - от чистомеханических ударных воздействий: P≤10 ГПа, до сверхвысоких P-T: P≥1001В работе зарегистрировано частичное самообращение намагниченности: в образцах былаобнаружена антиподальная компонента естественной остаточной намагниченности NRM,образовавшаяся в результате процессов самообращения намагниченности и не отражающаянаправление палеополя.5ГПа, T≥1200°С и последующего полного плавления вещества - на магнитныесвойства метеоритов и аналогов, используя новую, с точки зрения изучениямагнетизма, технику сферических взрывных экспериментов, позволяющуюпри проведении одного ударно-взрывного эксперимента на сфере получитьподвыборку образцов вдоль радиуса сферы с разной степенью ударногометаморфизма.- облучение метеоритов и аналогов протонами и тяжелыми ионами сэнергиями, приближающимися к энергиям SEP и GCR и исследованиеизменений магнитных свойств образцов в связи с радиационнымиповреждениями, в частности - исследование возможности образованиярадиационно-индуцированной остаточной намагниченности RIRM.- построить теоретическую модель явления самообращения намагниченностиферримагнетиков, представляющих собой основную магнитообразующуюфракцию внеземного вещества и горных пород, и на ее основе детальноисследовать процессы самообращения намагниченности в широком диапазонезначений магнитных параметров и исследовать возможность ударноиндуцированногоирадиационно-индуцированногосамообращениянамагниченности.
Провести анализ результатов численного моделирования иданных физического эксперимента.Объекты исследований: магнитные свойства внеземного вещества, процессысамообращения намагниченности ферримагнетиков горных пород, изменениемагнитных свойств внеземного вещества и земных аналогов при воздействиикорпускулярных облучений, температуры, ударных механических воздействий истатических давлений. Образцы внеземного вещества для исследований былиполучены из национальной коллекции лунного грунта и коллекции метеоритов РАН,хранящихся в ГЕОХИ РАН, а также Французской национальной коллекцииметеоритов Парижского Музея Естественной Истории (Muséum National d’HistoireNaturelle) и коллекции образцов лунного грунта Аполлон NASA (США).Методыисследований:физическийэксперимент,построениетеоретических моделей, численное моделирование.
Эксперименты проводились вряде крупных зарубежных и всероссийских научных центров, включая,лабораторию CEREGE/ Университет Экс-Марсель (г. Экс-ан-Прованс, Франция),Институт магнетизма горных пород Университета штата Миннесоты (Institute forRock Magnetism, University of Minnesota, г.
Миннеаполис, США), Университет Кочи(Center for Advanced Marine Core Research, Kochi University, г. Нанкоку, Япония),Университет Беркли (University of California, Berkeley, США), лаборатория горения ивзрыва Университета Пуатье (Laboratoire de Combustion et de Détonique, ENSMA/Université de Poitiers, г. Пуатье, Франция), лаборатория облучения твердых телПолитехнической Школы (Laboratoire des Solides Irradiés, EcolePolytechnique/ CEA/ CNRS, г. Палезо, Франция), Центр ядерной спектрометрии и6масс-спектрометрии (Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie deMasse, г. Орсэ, Франция), Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадскогоприиспользованииэкспериментальногооборудованиялаборатории геомагнетизма кафедры физики Земли физического факультетаМГУ, НИЛ палеомагнетизма и магнетизма горных пород КазанскогоФедерального Университета, Институт Механики МГУ, Институт ядерныхисследований РАН (г.
Москва, г. Троицк), Институт физики высоких давленийим. Л.Ф. Верещагина РАН (г. Москва, г. Троицк).Научная новизна работы заключается в следующем:На обширном материале образцов метеоритов и аналогов исследованаостаточная намагниченность при воздействии сверхвысоких гидростатическихдавлений до 2 ГПа с использованием компактных немагнитных композитныхкамер высокого гидростатического давления, позволяющих проводитьизмерения крупных образцов под давлением.
Исследовано поведениеостаточной намагниченности марсианского и лунного корового материала привоздействии гидростатических давлений до 1.2 ГПа (марсианские метеориты)и 1.8 ГПа (лунный грунт, лунные метеориты) и ударных воздействий (лунныйгрунт, лунные метеориты) и количественно оценена потенциальнаявосприимчивость лунного грунта к намагничиванию в результате ударов.Проведено изучение ударно-индуцированных изменений магнитных свойствметеоритов и аналогов в серии сферических ударно-взрывных экспериментов.В условиях проведения механических ударных экспериментов приодновременномвоздействиидинамическихдавленийиударноиндуцированных температур предложен и реализован метод разделения этихэффектов на магнитные свойства ударно-метаморфизированного вещества.Обнаружен и зарегистрирован новый вид остаточной намагниченности приоблучении – радиационно-индуцированная остаточная намагниченностьRIRM, а также исследовано влияние облучений протонами, ионами аргона иионами свинца на другие магнитные свойства образцов.
Построенатеоретическая модель явления самообращения намагниченности для группансамблей ферримагнитных зёрен; в рамках построенной модели методомчисленного моделирования проведено детальное исследование процессовсамообращениянамагниченностиоднофазныхимногофазныхферримагнитных систем с учетом и без учета диффузии магнитных ионовмежду подрешетками двухподрешеточного ферримагнетика в широкомдиапазоне внутренних магнитных параметров - таких как константымолекулярного поля и др., характеризующих модельный образец горной породы,7и внешних магнитных параметров - таких как величины напряжённостейпостоянных магнитных полей, действующих на модельный образец.
Проведенанализсоответствиярезультатовчисленногомоделированияэкспериментальным данным. Обоснована возможность существования ударноиндуцированногоирадиационно-индуцированногосамообращениянамагниченности ферримагнетиков, которое определяется диффузиеймагнитных ионов между подрешетками ферримагнетика; такой эффект можетиметь место во внеземном веществе в космическом пространстве, в метеоритахи их аналогах - горных породах при проведении соответствующих ударных ирадиационных экспериментов в лаборатории.Научная и практическая ценность работыПредставленные в диссертации результаты могут быть использованы дляоценки совокупного влияния ударных воздействий разной интенсивности икосмической радиации на палеомагнитный сигнал и магнитные свойствавнеземного вещества, включающего в себя наиболее типичные магнитныеминералы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
