диссертация (1097652), страница 14
Текст из файла (страница 14)
пункт 2.2.1). Камера давления представлена на рис. 2.4. Эффективностькамеры давления иллюструется результатами экспериментов по размагничиваниюгорных пород и метеоритов, представленных ниже в § 2.4-2.7.123456Рисунок 2.4. Немагнитная камера высокого гидростатического давления №2. 1 – Обтюратор (40ХНЮ), 2 –Вставка (40ХНЮ), 3 - Тефлоновая кювета (разной длины в зависимости от размера образца), 4 Антиэкструзионное кольцо (бериллиевая бронза CuBe), 5 - Поршни разной длины в зависимости от размераобразца (40ХНЮ), 6 - Корпус камеры (поддержка вставки поз.2) и гайки (40ХНЮ). Все размеры указаны вмиллиметрах.Камера давления №3 подобна камере давления №2, но ее внутренний диаметрсоставляет 7 мм, а максимальное достижимое гидростатическое давление на образецсоставляет 2 ГПа.§ 2.3. Остаточная намагниченность марсианских метеоритов при воздействиигидростатических давлений2.3.1 ВведениеМиссия Mars Global Surveyor (MGS) выявила наличие сильной остаточнойнамагниченности марсианской коры Нойской эры (ранний период геологической историиМарса, характеризующийсявысокимуровнем63 метеоритнойиастероиднойбомбардировок).
Но существуют также участки марсианской коры той же геологическойэпохи (земли Ноя) с низкими значениями намагниченности, связанными с большимиимпакт-кратерами [Hood et al., 2003]. Понимание процессов размагничивания при ударнойбомбардировке является ключевым для интерпретации естественной остаточнойнамагниченности (NRM) как на территориях марсианских импакт-кратеров, так и надругих кратеризованных телах солнечной системы (Земля, Луна, метеориты…).
Разныеавторыизучалипроцессыударно-индуцированногоразмагничиванияостаточнойнамагниченности модельных образцов горных пород и чистых минералов в диапазоне 110 ГПа при лабораторном моделировании [Hornemann et al., 1975; Martelli and Newton,1977; Cisowski and Fuller, 1978; Kletetschka et al., 2004; Gattacceca et al., 2006, 2007;Louzada et al., 2007]. Как указывалось выше (см.
§ 2.1), основной проблемой ударныхэкспериментов является калибровка динамических давлений ударной волны и разделениедевиаторных и гидростатических давлений. В самом деле, известно, что NRM болеечувствительнаквоздействиюдевиаторныхнапряженийпоотношениюкгидростатическим напряжениям [Nagata, 1966; Pearce and Karson, 1981]. Кроме того,ударные воздействия могут необратимо изменить внутренние магнитные свойства ударнометаморфизированных образцов (например, коэрцитивную силу [Gattacceca et al., 2007]),что усложняет интерпретацию. Как указывалось выше (см.
§ 2.1) гидростатическиеэкспериментылишенывышеописанныхпроблем,аиспользованиеспециальноразработанной немагнитной композитной камеры высокого гидростатического давления(камера №1, см. § 2.2) позволило расширить диапазон гидростатических давлений до 1.24ГПа.В настоящем параграфе представлены результаты гидростатических экспериментовпо размагничиванию давлением до 1.24 ГПа материала марсианской коры - марсианскихметеоритов. Использование достаточно крупных метеоритных фрагментов (без магнитнойсепарации) подтверждает репрезентативность образцов по отношению физическимпроцессам, протекающим в марсианской коре.
Согласно современным представлениямметеориты SNC (Shergotty-Nakhla-Chassigny) происходят с Марса [McSween and Treiman,1998] и, помимо данных MGS, представляют единственный источник информации омагнитных свойствах марсианской коры [Rochette et al., 2005; Rochette, 2006].2.3.2 Экспериментальная методология и образцы2.3.2.1. Экспериментальная методологияЭкспериментальная установка была разработана для измерения остаточнойнамагниченности образцовгорныхпород64 принепосредственномвоздействиигидростатических давлений при использовании камеры давления №1, подробноописанной в § 2.2, и кригенного (сквид) магнитометра производства 2G Enterprises счувствительностью по магнитному моменту 2.0×10-11 Ам2.
Размер отсека для образцавнутри камеры составлял 6 мм диаметром и 20 мм высотой [Sadykov et al., 2008]. Образецпомещался в полиэтилсилоксановую жидкость (ПЭС-1), позволяющую конвертироватьодноосное давление на поршнях в гидростатическое давление. Максимальный размеробразца составлял 15 мм высотой и 6 мм диаметром. После приложения заданногодавления на камеру давления с образцом при использовании пресса Graseby Specac 15011,давление фиксировалось внутри камеры с помощью верхней или нижней гайки. Какуказано в § 2.2, давление внутри камеры калибровалось при использованииманганинового датчика сопротивления, для которого зависимость сопротивления отдавления известна. Эксперименты показали, гидростатическое давление, действующее наобразец, на 10% меньше заданного внешнего давления, прилагаемого на камеру давленияв прессе.
Магнитное поле в зоне образца составляло <5мкТл и мониторилось прииспользовании феррозондового магнитометра (рис. 2.5а).(б)(а)(в)Рисунок 2.5. (а) Фото экспериментальной установки: пресс, окруженный тремя перпендикулярными парамиколец Гельмгольца, подсоединенными к трем источникам питания, использованным для компенсациигеомагнитного поля в районе образца. На месте камеры давления вставлен датчик от феррозондовогомагнитометра, использовавшийся для мониторинга «нулевого поля» в районе образца до приложениядавления; (б) пресс с камерой давления внутри; (в) камера давления на ленте криогенного (сквид)магнитометра производства 2G Enterprises перед измерением остаточной намагниченности образца поддавлением. Криогенный магнитометр расположен в немагнитной комнате, магнитное поле в которойсоставляет <1 мкТл.
65 До проведения экспериментов на марсианских метеоритах был измереностаточный магнитный момент камеры давления под давлением в полной сборке, но безбез образца с целью проверить величину и стабильной остаточного магнитного моментакамеры. Остаточный магнитный момент оставался стабильным после 5-10 минутрелаксации в нулевом магнитном поле внутри сквид магнитометра и составлял длявозрастающих давлений от 3.0 до 4.5×10-8 Ам2. Направление магнитного моментаменялось от параллельного к перпендикулярному циллиндрической оси камеры давленияво время прохождения диапазона давлений от 0 до 1.24 ГПа. Отсутствие изменений востаточном магнитном моменте камеры давления после его экспозиции в лабораторноммагнитном поле и последующей релаксации в нулевом поле позволяет проводитькорректировку измеряемого остаточного магнитного момента образца на остаточныймагнитный момент камеры давления.
Однако, в настоящей работе остаточный магнитныймомент изучаемых образцов всегда был как минимум на два порядка выше остаточногомагнитного момента камеры давления, поэтому такая корректировка не требовалась.Перед приложением давления на образцах создавалась изотермическая остаточнаянамагниченность насыщения (SIRM) в постоянном магнитном поле 3 Тл.
Послепомещения образца в камеру давления, остаточная намагниченность образца измеряласьпосле 5-10 минут релаксации камеры в нулевом магнитном поле. Давление увеличивалосьпошагово с измерениями после каждого шага (8 шагов от 0 до 1.24 ГПа). Остаточнаянамагниченность также измерялась после декомпрессии. После этого образец вынималсяиз камеры давления, и его остаточная намагниченность IRMp размагничиваласьпеременным магнитным полем с максимальной амплитудой до 150 мТл. После этого наобразце снова создавалась SIRM в постоянном магнитном поле 3 Тл.
В некоторыхэкспериментах максимальное давление 1.24 ГПа прилагалось и снималось несколько раздля проверки эффекта повторной компрессии на остаточную намагниченность.2.3.2.2. Описание образцовМагнитные измерения были проведены на трех разных марсианских метеоритах:Los Angeles, NWA998, NWA1068, являющимися репрезентативными для разныхмарсианских магнитных минералов, как это описано в работах [Rochette et al., 2001, 2005].Основные носители остаточной намагниченности наклита NWA998 и базальтовыхшерготтитов Los Angeles и NWA1068 – бедный титаном псевдооднодоменный (PSD)магнетит, однодоменный (SD) титаномагнетит с точкой Кюри 150°С, и SD пирротин,соответственно (табл. 2.2).
Для сравнения марсианских и земных пород в работе также 66 используютсядвеизверженныегорныхпороды,использованныевударныхэкспериментах [Gattacceca et al., 2007]. Первая порода – базальт, содержащий PSDтитаномагнетит из района Bas-Vivarais, Франция. Образец описан в работе [Rochette et al.,1993] и имеет точку Кюри как Los Angeles. Вторая порода – риолит, содержащий гетатитс доменным состоянием близким к однодоменному из Esterel range, Франция (образецописан в работе [Vlag et al., 1997].
Петромагнитные свойства всех исследованныхобразцов представлены в табл. 2.2.ОбразецМагнитныйBcr/BcMrs/Msмагнетит171×10-3411.730.24066 (1)пирротин99.4×10-31341.540.4701619 (2)Ti-магнетит360×10-3551.410.4902371 (12)2.31×10-34063.560.4772723 (2)-318.43.540.1575459 (2)NWA1068(шерготтит)Los Angeles*(шерготтит)Риолит*1.24 ГПа, %1.24 ГПа, %*(наклит)БазальтΔ приBcr, мTлносительNWA998Δ приMrs, Aм2/кггематитTi-магнетит97.8×10Параметры гистерезиса для образцов NWA998 и Los Angeles взяты из статьи [Rochette et al., 2005]; дляобразцов базальта и риолита параметры гистерезиса взяты из работы [Gattacceca et al., 2007]. Mrs и Ms –изотермическая остаточная намагниченность насыщения и намагниченность насыщения, соответственно;Bc и Bcr – коэрцитивная сила и остаточная коэрцитивная сила, соответственно.
Δ - степень размагничиваниядавлением после первого цикла 0 до 1.24 ГПа. В правой колонке номер в скобках соответствует количествуциклов давления от 0 до 1.24 ГПа. Δ* - cтепень размагничивания давлением после n-ого цикла (где значениеn указано в скобках).Таблица 2.2. Основные петромагнитные свойства исследуемых образцов2.3.3. Результаты экспериментовКривыеразмагничиваниядавлениемописанные в табл.
2.2, представлены на рис. 2.6. 67 IRMтрехмарсиансикихметеритов,Рисунок 2.6. Размагничивание давлением изотермической остаточной намагниченности IRM марсианскихметеоритов и горных пород. Надписи на рисунке: “pressure (GPa)” – давление в ГПа, “normalized IRM” - IRMнормирована на величину SIRM до начала эксперимента; “rhyolite” – риолит; “basalt” – базальт.Кривые размагничивания SIRM переменным магнитным полем, измеренные доэкспериментов по размагничиванию давлением, представлены на рис. 2.7. 68 Рисунок 2.7. Размагничивание переменным магнитным полем изотермической остаточной намагниченностиIRM марсианских метеоритов и горных пород.
Надписи на рисунке: “alternating field (mT)” – переменноемагнитное поле в мТл, “normalized IRM” - IRM нормирована на величину SIRM до начала эксперимента;“rhyolite” – риолит; “basalt” – базальт.Декомпрессия образцов привела в дальнейшему восстановлению IRM (0-15%). Повторноенагружение (до 12 раз для образца Los Angeles) до 1.24 ГПа значительно уменьшилозначение IRM образцов (см. табл. 2.2), за исключением образца риолита, для которогонаблюдается увеличение на 4%.2.3.4.
Приложение результатовМарсианский метеорит с однодоменным титаномагнетитом (Los Angeles)демонстрирует наибольшую среди марсианских метеоритов степень размагничиванияостаточной намагниченности давлением: при воздействии гидростатичекого давления 1.24ГПа SIRM уменьшается на 23%. Базальт земного происхождения с тем же доминирующиммагнитным минералом (титаномагнетит), но более низким значением коэрцитивной силыбыл размагничен на 54% (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
