диссертация (1097652), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Если учесть,что магнитный диполь Земли ориентирован с севера на юг, то тороидальный ток долженбыть направлен на запад, т.е. именно в направлении западного дрейфа ГМП. Такую точкузрения считает более правильной один из авторов данного обзора. 5.2.3. Палеомагнитная модель ГМП. Измерения ГМП проводятся последние 400 лет. Полученных данных явнонедостаточно для изучения вековых вариаций с периодами 600, 900, 1800 и более лет, атем более для познания эволюции ГМП, которое существует не менее четырёхмиллиардов лет.
В связи с этим в середине 50-ых годов ХХ века был разработан такназываемый палеомагнитный (ПМ) метод исследования древнего ГМП, основанный наизмерениях естественной остаточной намагниченности изверженных и осадочных горныхпород соответствующего геологического возраста [Jacobs, 1994].Намагниченность I горных пород состоит из двух компонент [Джекобс, 1979]:I=ǽ0⋅НГМ+NRM,(2.8)где ǽ0 - начальная магнитная восприимчивость ферримагнитной фракции горнойпороды, NRM - измеряемая при НГМ=0 естественная остаточная намагниченность,ǽ0⋅НГМ - обратимая, индуцированная ГМП намагниченность, которая равна нулю приНГМ=0.NRM изверженных горных пород образуется при их охлаждении в ГМП послекристаллизации минералов из магмы до температуры земной поверхности. Процесснамагничивания ферримагнетика (по определению ферримагнетик – это вещество, 202 состоящее из двух или более нескомпенсированных магнитных подрешёток) от Т≥ТС (ТС –точка Кюри) называетсятермонамагничиванием, а намагниченность, полученная врезультате этого процесса, термонамагниченностью (IT или TM, от англ.
«thermomagnetization»), а при Н=0 - термоостаточной намагниченностью (IrT или TRM, от англ.«thermo remanent magnetization»). Этот процесс легко воспроизводится в лаборатории. Притермонамагничивании в поле Н возникает ТМ, величина которой на порядок и болеепревышает изотермическую остаточную намагниченность (IRM от англ. «isothermalremanent magnetization»), которая образуется при намагничивании в Н при Т=const.NRM может возникнуть и в результате химических превращений (это будетхимическая остаточная намагниченность СRM, от англ.
«chemical remanent magnetization»)и других процессов, однако наиболее распространённой NRM изверженных горных породявляется TRM [Трухин, 1973]. С течением времени изверженные горные породыразрушаются, измельчаются (вплоть до наночастиц). Эти частицы водными потокамимогут быть перенесены к различным водоёмам (озёра, моря). Попадая в водоём, мелкиенамагниченные ферримагнитные частицы при осаждении на дно ориентируются понаправлению ГМП. Смешиваясь с частицами другого состава, они образуют осадки, азатемосадочныегорныепороды.Такимобразом,возникаеттакназываемаяориентационная намагниченность осадочных горных пород, которая также как и TRMизверженных горных пород содержит палеомагнитную информацию.Понятно, что на основе ПМ данных описать древнее ГМП с такой же точностью, каксовременное, невозможно.
Поэтому при палеомагнитных исследованиях используетсясамая простая модель ГМП – это поле центрального, направленного по оси вращенияЗемли, диполя. В этой модели используется только один коэффициент Гаусса [Трухин идр., 2005]:M,(2.9)R3где М- магнитный момент земного диполя.
В палеомагнитном методе предполагается, чтоg10 =вектор NRM горной породы определённого геологического возраста в среднем отражаетнаправление вектора древнего ГМП, возраст которого приблизительно равен возрастусоответствующей породы. При таком предположении, измеряя составляющие вектораNRM достаточного для статистики количества образцов, можно определить склонениеDДР и наклонение JДР намагниченности NRM, а тем самым и древнего ГМП (рис. 5.1a).В палеомагнитной модели элементы ГМП равны: X=M2Mcosϕ ДР ;Y = 0; Z = 3 sinϕ ДР , 3RR 203 (2.10) где ϕДР – древняя, бывшая в момент действия соответствующего древнего ГМП,географическая широта точки отбора образцов.
Из уравнения (2.10) можно получитьформулу для определения ϕДР: tg J ДР =Z= 2tgϕ ДР , ϕ ДР = arctg0,5tg J ДР X (2.11) Рисунок 5.1. (а) Компоненты естественной остаточной намагниченности горной породы в некоторой точкеповерхности Земли Q(φ, λ), где φ - широта, λ - долгота. Вектор естественной остаточной намагниченностиIn показывает направление силовых линий древнего геомагнитного поля в точке Q. Углы DДР и JДР ,определенные по направлению In , соответствуют склонению и наклонению древнего ГМП.(б) Модель центрального осесимметричного геомагнитного диполя, используемая в палеомагнитномметоде.
N - северный географиче- ский полюс, Q(φ, λ) - точка отбора образцов для ПМ-исследований, φ широта, λ - долгота. Точка Р(φ0, λ0) - ПМ-полюс, φ0 , λ0 - его современные географические координаты. DДР– склонение древнего ГМП, определяемое по направлению NRM пород. 204 Рисунок 5.2. Кривые миграции палеомагнитных полюсов, полученные на основеизмерений NRM горных пород разных континентов. Древняя широта ϕДР во многих случаях не совпадает с современной широтой ϕотбора образцов (рис. 5.2).Это может быть связано как с изменением положения ПМ полюса, так и стектоническим перемещением блока земной коры, где расположена точка отбораобразцов. Действительно, многими авторами были получены кривые миграциигеомагнитного (ГМ) полюса, при этом они были разными для разных континентов (рис.5.2).
Это первый фундаментальный результат ПМ исследований.Однако в модели палеомагнитного поля заложена жесткая связь ГМ полюса сгеографическим. Поэтому из данных о движении ГМ полюса можно сделать вывод о том,что географический полюс также существенно (более чем на 90°) изменял своё положениев последние 400-600 млн. лет. Современные астрономо-геофизические данные недопускают такого большого отклонения географического полюса.
Поэтому в настоящеевремя общепринятая интерпретация кривых миграции ПМ полюсов заключается в том,что географический и геомагнитный полюса оставались неподвижными, а перемещалисьсоответствующие блоки земной коры (континенты, литосферные плиты и т.п.). Последнееобъясняет и несовпадение современной и древней широт отбора палеомагнитныхобразцов [Трухин и др., 2005].Второй фундаментальный результат ПМ исследований состоял в том, что во всехтипах древних горных пород возраста 400-600 млн.
лет было обнаружено чередованиеслоёв пород с обратной и прямой NRM по отношению к ориентации современного ГМП.Обратной (отрицательной) намагниченностью в Северном полушарии Земли 205 называется намагниченность, вектор которой направлен в верхнее от поверхности Землиполупространство. Соответственно, в Южном полушарии – в нижнее полупространство.При ПМ исследованиях производится статистическая обработка данных онаправлении векторов NRM и расчёт современных координат виртуальногогеомагнитного полюса (VGP от англ. Virtual Geomagnetic Pole) ( см. рис. 5.2) поформулам [Merill et al., 1998]:sinϕ 0 = sinϕsinϕ ДР + cosϕcosϕ ДРcos DДР ⎫⎪sin DДР⎬sin( λ − λ0 ) =cosϕ ДР ,⎪cosϕ 0⎭(2.12)где ϕ0 и λ0 – современные широта и долгота VGP, ϕДР и DДР – древние широта (ур.2.11) идревнее склонение, соответствующее склонению вектора древней NRM.Рассчитанные по формулам (2.12) координаты древних одновозрастных VGP,полученных разными исследователями, обрабатываются статистически и в результатерассчитываются современные координаты ПМ полюса определённого геологическоговозраста.
Как правило, положение обратного ПМ полюса с точностью до несколькихградусов на 180° отличается от положения прямого ПМ полюса аналогичного возраста.Таким образом, инверсии ГМП происходят вдоль изменяющей своё положениегеомагнитного оси (первый результат ПМ исследований). Рисунок 5.3. Магнитохронологическая шкала, используемая для определениявозраста линейных океанских аномалий.
Слева от шкалы - номера аномалий, справа возраст в млн лет. Темные участки шкалы соответствуют прямой намагниченности,светлые - обратной. 206 Как правило, в исследованной части слоя обратнонамагниченных горных породпрактически все образцы были обратнонамагниченными. Прямо и обратнонамагниченныеслои горных пород на континентах чередовались вглубь по вертикали к поверхностиЗемли. В породах океанского дна чередование прямо и обратно намагниченных горныхпород происходило по горизонтали, по обе стороны от срединных океанских хребтов.
Припроведении ПМ исследований образцов изверженных и осадочных горных пород одноговозрастного интервала, отобранных на различных континентах и дне Мирового океана,было обнаружено адекватное чередование слоёв с прямой и обратной NRM. Например,наблюдается одинаковое число смен знака NRM на одновозрастных лавах Калифорнии ипелагических осадках Тихого океана. Во многих случаях зафиксировано одинаковоенаправление NRM на контактах лав и осадочных горных пород.
Всё это дало возможностьобоснованно предположить, что обратная намагниченность горных пород образовалась вГМП обратного современному направлению, т.е., по крайней мере, в последние 400-600млн лет время от времени происходили переполюсовки (инверсии) ГМП, за это время ихнасчитывается более тысячи. Длительность самой большой инверсии составляет от 2000до 6000 лет. На основе датирования возраста инверсий радиоактивными методами быласоставлена мировая магнитохронологическая шкала инверсий для континетов и океанов(рис. 5.3).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
