диссертация (1097652), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Сферические ударные эксперименты на базальте и диабазе Верхнего Озера, отобранныев качестве нешокированных аналогов импактной структуры Slate Islands, позволяютпредложить следующую ударную барометрию для магнитных эффектов в ударнометаморфизированных образцах: для пиковых давлений ударной волны P>10 ГПанаблюдается размагничивания первоначальной остаточной намагниченности, для P>20ГПа наблюдается преимущественное термонамагничивание, тогда как для P>30наблюдаетсяизменениеагрегатногосостояниявеществасобразованиеновыхферримагнитных зерен с дендритовой структурой, рекристаллизованных из ударногорасплава.Применениекударно-метаморфизированнымобразцамметодовнизкотемпературной магнитометрии выявило поступательное увеличение температурыперехода Вервея Tv в магнетите с увеличением пикового давления ударной полны отTv=112K для нешокированного образца до Tv=123K для образца с наибольшей степеньюударного метаморфизма (§ 3.4 - 3.4.2).
5. Предложена и апробирована методика разделения в механических ударныхэкспериментах последствий ударно-индуцированного нагрева и динамических давленийударной волны при их одновременном воздействии на магнитные свойства метеоритов ианалогов, заключающаяся в проведении дополнительных экспериментов по нагревунешокированного вещества в условиях с максимально возможной контролируемойскоростью нагрева Vн в вакууме от Т0 до T, достигаемых в ударных экспериментах впроцессе прохождения ударной волны, а также контролируемой скоростью охлаждения Vо,сравнимой с Vо вещества после прохождения ударной волны, и последующем сравнениемизменения магнитных характеристик исследуемого вещества, в частности Bcr при нагревеи при прохождении ударной волны. Таким образом была выявлена природа ударноиндуцированного изменения Bcr в трех случаях сферически-симметричного ударного 166 взрывного нагружения метеоритов и аналогов, заключающаяся в преимущественномвоздействие механических повреждений ударной волны при увеличении Bcr ипреимущественном воздействии термо-индуцированного нагрева при уменьшении Bcr (§3.4 - 3.4.2).
167 ГЛАВА 4: МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА МЕТЕОРИТОВ И АНАЛОГОВПРИ ОБЛУЧЕНИЯХ Краткое содержание главы 4: В настоящей главе представлены результаты лабораторных экспериментов по облучению образцов горных пород, метеоритов и их искусственных (синтетических) аналогов протонами, ионами аргона и ионами свинца. Эксперименты проведены с целью оценки возможного воздействия солнечных космических лучей (солнечных энергетических частиц) и галактических космических лучей на магнитные свойства внеземного вещества в космическом пространстве.
В работе использована репрезентативная выборка образцов, содержащих широкий спектр наиболее характерных для внеземного вещества магнитных минералов. § 4.1. ВведениеЗначительная часть внеземного вещества подвергалась облучению в космическомпространстве на разных этапах своей эволюции еще до попадания на Землю черезвыпадение метеоритов или возвращение проб вещества космическими экспедициями. ВСолнечной системе существует три основных типа облучения: большие потокинизкоэнергетичных частиц солнечного ветра (далее SW от англ.
“solar wind”), меньшиепотоки высокоэнергетичных галактических космических лучей (далее GCR от англ.“galactic cosmic rays”) [Diehl et al., 2001] и периодические интенсивные потоки частицсолнечных вспышек, которые еще называют солнечные космические лучи или солнечныеэнергетические частицы (далее SEP от англ. “solar energetic particles”) [Heiken et al., 1991;Eugster et al., 2006].
Интенсивность потоков SEP, инжектируемых солнцем во времясолнечных вспышек, напрямую связана с одиннадцатилетними циклами солнечнойактивности. Интенсивность потоков GCR во внутренней части солнечной системыизменяется в два раза в течение одиннадцатилетнего солнечного цикла и достигает своегомаксимума в период минимума солнечной активности в результате модуляциикорональной полости.Радиационные явления в космическом пространстве вносят значительный вклад вэволюцию поверхности безвоздушных тел солнечной системы.
Ионизирующее облучениеSW изменяет дистанционно зондируемые свойства поверхностей безвоздушных телсолнечной системы, что может препятствовать возможности дистанционной оценкиминералогии и других характеристик как поверхности астероидов, так и других 168 безвоздушных тел [Vernazza et al., 2008, 2009]. Спектральные эффекты, связанные снепрерывной бомбардировкой ионами SW, были ранее изучены в лабораторныхэкспериментах с целью объяснить наблюдаемое спектральное несоответствие междуЛуннымгрунтомиподстилающимипородами,атакжемеждунаиболеераспространенным классом метеоритов, обыкновенные хондриты, и спектрами споверхности их предполагаемых родительских тел (астероиды S-типа) [Pieters et al., 2000;Hapke, 2001; Brunetto, Strazzulla, 2005; Strazzulla et al., 2005; Vernazza et al., 2006]. Этиэксперименты показывают, что космическое выветривание может быть причинойнаблюдаемого несоответствия спектров.В настоящей работе экспериментально исследуется гипотеза о возможном влияниикосмической радиации на магнитные свойства твердого вещества Солнечной системы.Влиянием SW (с типичными энергиями Е порядка 1 кэВ/а.е.м., где эВ/а.е.м.
– электронвольт на атомную единицу массы) можно пренебречь ввиду того, что соответствующаяглубина проникновения SW лежит в нанометровом диапазоне, а значит влияние SW наобъемные магнитные свойства не будет обнаружимо как в условиях лабораторныхэкспериментов, так и в космическом пространстве. Поэтому далее будут рассматриватьсятолько SEP и GCR.Для лабораторного моделирования SEP (нижняя часть диапазона энергий: Ep~1 МэВ)былипроведеныэкспериментыпопротоннойбомбардировкеобразцов.Длялабораторного моделирования GCR были проведены эксперименты по облучениюобразцов ионами свинца с энергией Е=1 ГэВ или ~ 5 МэВ /а.е.м. Были также проведеныэксперименты по облучению образцов ионами аргона с энергией Е=400 кэВ (~10кэВ/а.е.м.).
В настоящей работе приводятся результаты влияния протонной и ионнойбомбардировок на магнитные свойства горных пород, метеоритов и синтетическихобразцов разной магнитной минералогии (металлическое железо и никелистое железо,магнетит, титаномагнетит, пирротин). До сих пор этот вопрос оставался малоизученным[Butler, Cox, 1971, 1974; Rowe, 1978], несмотря на ряд потенциально важных приложений,в частности, интерпретация магнитных свойств и палеомагнитного сигнала метеоритов всвете понимания эволюции ранней солнечной системы и твердых тел в солнечной системе[Rochette et al., 2009a; Weiss et al., 2010].§ 4.2.
Современное состояние проблемы и глобальный контекстСогласно одноступенчатой модели облучения [Herzog, 2005], метеороиды в составеродительских тел защищены от космической радиации до момента фрагментации. Время 169 экспозиции внеземного вещества в космическом пространстве (cosmic ray exposure age)может быть оценено для разных типов метеоритов по обилию в метеоритах некоторыхнуклидов, образовавшихся при их взаимодействии с космическими лучами. Послефрагментации в результате действия импактного механизма и до входа в атмосферуЗемли, метеороиды подвергаются прямому облучению SEP и GCR в течении периодоввремени порядка нескольких миллионов лет [Sears, 2004]. Космические лучи состоят восновном из протонов (p) и ядер гелия (He) с типичными отношениями He/p ~ 0.1 и ~0.02для GCR и SEP, соответственно [Капитонов, 2002]. Поток более тяжелых ионов (сатомным номером Z≥ 6) составляет в GCR ~1% [Капитонов, 2002].На сегодняшний день интенсивность (флюенс φ) потоков протонов составляет φSEP~100p/см2с (p с энергиями E>10 МэВ) для SEP и φGCR~3 p/cm2c для GCR [Heiken et al., 1991].Глубина проникновения протонов в твердое вещество варьируется от микрометров домиллиметров для SEP протонов (Е от ~1 МэВ/а.е.м.
до десятков МэВ/а.е.м.) и отсантиметров до метров для GCR протонов (Е от 0.1 до >10 ГэВ/а.е.м.). Взаимодействиеядер GCR с твердым веществом вызывает ядерные реакции в веществе, которыесопровождаются образованием вторичных нейтронов.В предыдущих работах было показано, что нейтронная бомбардировка можетприводить как к магнитному упорядочению монокристалла никелистого железа [Néel etal., 1964], так и к увеличению магнитной жесткости (magnetic hardening) камасита (сплавFeNi с <5-6 мас.% Ni и объемно-центрированной кубической решеткой) и железа [Butler,Cox, 1971, 1974].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
