диссертация (1097652), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Предварительные данныепо шоковой остаточной намагниченности SRM и пьезо-остаточной намагниченность PRMлунных морских базальтов были опубликованы в работе [Nagata, 1972], но максимальноедавление в этой работе составляло всего 0.05 ГПа. Предварительные ударныеэксперименты с более высокими пиковыми давлениями P ∈ [5; 25] ГПа были проведенына лунном реголите и опубликованы в работе [Fuller et al., 1974], в которой наблюдалосьударно-индуцированное намагничивание, но его нельзя надежно отнести к процессуобразования SRM, потому что в эксперименте наблюдались и другие эффекты, такие каклитификация,образованиеспеканиежелезаизилиаггломерация,возможноеударно-индуцированноеферромагнетиальныхминералов,изменениевнутреннихмагнитных свойств и значительный нагрев.
Более того, ударно-индуцированноенамагничиваниепримаксимальномпиковомдавлении(25ГПа)небылооднонаправленным, как это выяснилось при последующем размагничивании остаточнойнамагниченности образца переменным магнитным полем. Как было указано в § 1.6 первойглавы, типичные магнитные минералы лунных пород – металлическое никелистое железоFeNi, чаще всего в форме камасита [Fuller and Cisowski, 1987; Fuller, 1998; Rochette et al.,2010]. Предварительные результаты по ударному намагничиванию железных частицпоказали, что в магнитном поле одной и той же напряженности величина образовавшейсяSRM при прохождении ударной волны с пиковым давлением ∼1 ГПа была примерно вчетыре раза меньше соответствующей величины TRM [Pohl and Eckstaller, 1981].
Однако,эти эксперименты были проведены на крупных частицах (цилиндры ∅ 200 мкм × 200 мкмвысотой), что сильно превышает диапазон размеров металлических зерен в лунныхпородах. Ударно-индуцированное намагничивание мелких частиц железа (фракцией 20100 нм) при прохождении механической ударной волны с пиковыми давлениями до 5 ГПабыло рассмотрено в работе [Dickinson and Wasilewski, 2000], авторы которой показали,что образованная при прохождении ударной волны SRM составляет от 1 до 10% отсоответствующей величины TRM. Однако, это результат нельзя напрямую прилагать клунным породам, потому что он сильно зависит от размера зерен и присутствия никеля.
103 Таким образом, получается, что на сегодняшний день не существует прямых иликосвенных путей оценки интенсивности SRM в лунных породах при заданных давлении инапряженностимагнитногополя,какинетвозможностипредсказатьспектркоэрцитивности SRM. Фундаментальные свойства SRM, образованной при низкихдинамических давлениях (<5 ГПа), являются хорошо изученными. Величина SRM прямопропорциональна напряженности окружающего образец магнитного поля для слабыхполей (<∼1 мТл) [Pohl et al., 1975; Gattacceca et al., 2008], и сторого параллельна векторунапряженности намагничивающего поля для магнитно изотропных пород [Gattacceca etal., 2008].
Направление является однородным на шкале как минимум ∼0.2 мм3 [Gattaccecaet al., 2010]. Величина SRM не зависит от угла между направлением распространенияударной волны и направлением напряженности магнитного поля для изотропных пород иможет быть значительной в сравнении с TRM, образованной в магнитном поле той женапряженности (до 35% в магнетит-содержащих горных породах [Gattacceca et al., 2008].Величина SRM также зависит от пред-ударной остаточной намагниченности [Gattacceca etal., 2010]. Коэрцитивный спектр SRM сдвинут в сторону более низких значений всравнении с соответствующим спектром для TRM [Gattacceca et al., 2008, 2010].Вышеперечисленные свойства SRM означают, что SRM, приобретенная при прохожденииударной волны с пиковым давлением <5 ГПа можно рассматривать как надежныйисточник информации о палеополях в момент ударного события как с точки зрениянаправления, так и величины палеомагнитного поля.
Для пиковых давлений <5 ГПа,однако, ударные волны необратимо меняют внутренние магнитные свойства горныхпород [Gattacceca et al., 2007; Gilder and Le Goff, 2008; Louzada et al., 2010], и направлениеSRM при этом уже может отражать направление прохождения ударной волны [Funaki andSyono, 2008]. Для металлического FeNi при высоких давлениях имеет место фазовыйпереход из ферромагнитного сплава объемо-центрированной кубической структуры вгексоганальный антиферромагнитный сплав плотной упаковки. Давление переходауменьшается с увеличением содержания никеля и составляет ∼13 ГПа для чистого железаи ∼9 ГПа для Fe20Ni80 [Wasilewski, 1976]. Таким образом, наиболее подходящий диапазондавлений для изучения SRM FeNi-содержащих пород: <10 ГПа, потому что выше 10 ГПавеличина SRM больше возрастать не может, что к некотором роде эквивалентно нагревугорных пород выше температуры Кюри при изучении процессов термонамагничивания иобразованияTRM),аударно-индуцированныйнагревначинаетигратьболеезначительную роль.
Более того, во время ударов по поверхности твердых тел солнечнойсистемы со сверхзвуковыми скоростями, объем пород, испытывающиз давления вдиапазоне 0.5-5 ГПа примерно в 40 раз больше, чем объем пород, испытывающих 104 давления выше 5 ГПа [Louzada and Stewart, 2009]. Кроме того, как было предложено дляМарса [Arkani-Hamed, 2005], верхние несколько километров древней лунной коры были,вероятно, шокированы как минимум до 2 ГПа. Поэтому именно диапазон пиковыхдавлений ударной волны 0-5 ГПа будет использоваться при изучении процессовнамагничивания лунного грунта. Следует отметить, что это диапазон, в котором ударноиндуцированныеэффектынеобнаружимыприиспользованиистандартныхпетрологических критериев [Stöffler et al., 1991], вследствие чего породы, шокированныедо менее 5 ГПа, рассматриваются как «нешокированные».
Хотя, как будет ясно ниже,лунные породы могут приобретать значительную SRM при воздействии гораздо болеенизких динамических давлений.3.2.3. Экспериментальная методология и описание образцовИспользованы две разные техники для изучения образования остаточнойнамагниченности при приложении и снятии давления в магнитном поле: механическиеударные волны, генерящиеся при облучении образцов наносекундными лазернымиимпульсами и гидростатические давления, создаваемые на образцы при использованииодной из немагнитных композитных камер высокого гидростатического давления,описанных в § 2.2 второгой главы. Эти техники были использованы для создания наобразцахшоковойостаточнойнамагниченностиSRMипьезо-остаточнойнамагниченности, соответственно.Первая техника: В механических ударных экспериментах ударная волнагенерировалась в образцах лунных морских базальтов объемом ∼1 см3 при облучениилазерными импульсами длительностью 30 нс, полученными в режиме модуляциидобротности твердотельного лазера YAG Nd в диапазоне интенсивности 0.5-4 ГВт/см2 надлине волны 1.064 мкм без разрушения образцов в лаборатории LCD (Laboratoire deCombustion et de Détonique, г.
Пуатье, Франция). Диаметр лазерного пучка составлял 4.7мм. Все лазерные выстрелы проводились в режиме удержания (water-confined regime).Внешнее магнитное поле контролировалось тремя перпендикулярными парами колецГельмгольца. Экспериментальная установка детально описана в работах [Gattacceca et al.,2006, 2008]. Для каждого лазерного выстрела регистировались длительность импульса(~30 нс), энергия (максимально 16 Дж). Распространение ударной волны моделировалосьв 2D осесимметричной конфигурации при использовании программного обеспеченияRadioss и Hyperworks suite от Altair. Следует отметить, что объем горной породы,прогреваемой лазерным пучком и последующее образование плазмы как результат 105 действия высоких давлений ограничен тонким слоем в 10-20 мкм, расположенным прямопод лазерным пятном, что представляет максимум 3·10-10 м3 породы, прогретой вышетемпературы Кюри ферримагнитных минералов [Gattacceca et al., 2008].
Любая TRM,которая могла образоваться в таком ничтожно малом объеме горной породы, будет нанесколько порядков меньше, чем зарегистрированная в образце SRM (см. ниже). Самамеханическая ударная волна может приводить только к ничтожно малому нагреву(обычно несколько ºС) для давлений, рассматриваемых в настоящей работе [Stoffler et al.,1991]. Четыре лунных морских базальта, привезенных на землю в результате космическихпилотируемых полетов Аполлон, были использованы в ударных экспериментах: 14053(конкретный часть пробы 14053-59), 15555 (15555-977), 15556 (15556-21) и 70215 (7021536). До ударных экспериментов была измерена естественная остаточная намагниченностьNRM образцов, которая затем была пошагово размагничена переменным магнитнымполем с максимальной амплитудой до 150 мТл при использовании криогенного (сквид)магнитометра производства 2G Enterprises в лаборатории CEREGE/ Университет ЭксМарсель (г. Экс-ан-Прованс, Франция) и в HIGP-SOEST (Гавайский Университет, г.Гонолулу, США).
Оба магнитометра имеют чувствительность по магнитному моментупорядка 2.0×10-12 Ам2. После этого ориентированные образцы были подверженымеханическому ударному воздействию. Остаточная намагниченность образцов былатакже перемеряна после прохождения ударной волны. Исходя из предположения, чтопред-ударная остаточная намагниченность не изменилась при прохождении ударнойволны (ввиду ее высокой коэрцитивности), векторная разница между пост-ударной (постшоковой) и пред-ударной (пред-шоковой) намагниченностью рассматривается какобразовавшаяся в результате прохождения ударной волны SRM.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
