диссертация (1097652), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Необходимо обратить внимание на то, что в случае смещения ПМ полюса на180° при инверсиях ГМП вопрос о жёсткой связи ПМ полюса с географическим, как этоделается при смещении ПМ полюса на ~90°, палеомагнитологами не рассматривается.Таким образом при интерпретации инверсий предполагается, что ГМ полюсыперемещаются на 180° от неподвижных географических, что противоречит ПМ модели[Трухин и др., 2005].Авторы данного обзора как и большинство учёных-геофизиков не возражают противПМ интерпретации смен направлений NRM горных пород как инверсий ГМП.
Однакоследует обратить внимание на то, что существует и другой механизм образованиянамагниченности,антипараллельнойнамагничивающемуполю,обусловленныйспецифическими свойствами ферримагнетиков, каковыми и являются ферримагнитныеминералы, определяющие магнетизм горных пород. 5.2.4. Основы концепции неомобилизма. Результаты ПМ исследований вызвали всплеск новых идей в геофизике и геологии,основанных на неомобилизме. В геофизике уже давно существуют два принципиальноразличных подхода к рассмотрению эволюции нашей планеты: фиксизм (стабильноеразвитие) и мобилизм [Трухин и др., 2005].
Согласно мобилистской концепции тектоники 207 литосферных плит вся литосфера Земли состоит из 10-12 крупных плит, которыеперемещаются относительно друг друга со скоростью 1-10 см/год. При масштабномраздвижении литосферных плит возникают океаны, при сжатии – горные массивы.Мобилизм как антитеза фиксизму возник в 1915 г.
после выхода в свет книги немецкогогеофизика Альфреда Вегенера «Происхождение материков и океанов» [Dunlop, Ozdemir,1997]. Основываясь на сходстве (зеркальной симметрии) очертаний противоположныхберегов Атлантического океана и привлекая к рассмотрению другие, известные в товремя, геофизические материалы (гипсометрическую карту Земли, теорию изостазии,данные о скоростях сейсмических волн под континентами и океанами), Вегенерпредположил, что современная структура материков является следствием расколадревнего праматерика Пангеи и раздвижения его отдельных частей под действием силывращения Земли. При раздвижении обломков Пангеи (современных материков) междуними образовались Атлантический, Индийский и др. океаны.Основополагающие идеи концепции тектоники плит в применении ко дну океанабыли сформулированы в статьях [Wegener, 1915] и [Dietz, 1961].
Суть идей состоит в том,что на осях подводных срединно-океанских хребтов в результате магмоизверженийпроисходит образование новой океанской коры, которая симметрично растекается встороны. Предполагается, что причиной этого растекания является тепловая конвекция вмантии.
Существенным дополнением к этим идеям явилась опубликованная в 1963 г.гипотеза [Hess, 1962], связавшая образование в центрах срединных хребтов новых горныхпород и их движение в стороны от хребтов с инверсиями ГМП. Согласно выдвинутойгипотезе наличие по обе стороны срединных океанских хребтов симметричных спектровлинейных знакопеременных магнитных аномалий - это следствие расширения (спрединга)океанского дна и изменений полярности ГМП.Не все геологи и геофизики поддерживают концепцию тектоники плит.
По мнениюнесторонников концепции, существует ряд вопросов, на которые концепция тектоникиплит не отвечает. Один из крупнейших геофизиков XX века акад. В.А. Магницкий ещё в1960 г. писал: “Можно уверенно говорить, что земная кора выделилась из оболочки впроцессе развития Земли, поэтому из установленного наблюдениями равенства тепловыхпотоков на континентах и океанах следует вывод, что не существовало крупныхгоризонтальных перемещений (порядка тысяч км) больших блоков земной коры, как топредполагает гипотеза мобилизма… Следовательно, континенты и океаны в общемвозникли примерно на тех местах, где они сейчас и расположены.”Как следует из вышеизложенного, фактически все основные концепциисовременной геофизики: концепция тектоники плит, инверсии ГМП и многое другое, 208 прямо или косвенно связаны или даже основаны на ПМ исследованиях, и прежде всего, намагнитохронологической шкале инверсий ГМП.
Поэтому огромную роль приобретаетправильнаяинтерпретацияПМданных.Помимоупомянутыхсложностейсинтерпретацией движения ПМ полюсов и обратной NRM есть ещё проблемы, связанные сдругими особенностями ПМ метода [Трухин и др., 2005]. Во-первых, измеряется не самодревнее ГМП, а NRM древних горных пород. Во-вторых, ферримагнитные минералы невсегда намагничиваются точно по направлению ГМП из-за явлений анизотропии изависимости внутренней энергии ферримагнетиков от внешних термодинамическихусловий. Существует также процесс так называемого «магнитного старения»- изменениямагнитных свойств ферримагнитных минералов со временем. Ферримагнитные минералыгорных пород с течением времени эволюционируют, они окисляются, распадаются ииспытывают другие химические изменения и превращения [Трухин, 1973].
В результатевсех этих природных процессов к первичной NRM, которую горная порода приобретаетво время своего формирования, могут добавляться ещё и вторичные, например, вязкая,химическая, пьезоостаточная и другие виды намагниченности. А значит, к существеннымпогрешностям ПМ измерений может приводить и длительное нахождение изначальнонамагниченных горных пород в течение многих тысяч и миллионов лет под действиемГМП и изменяющихся термодинамических условий.И наконец, как отмечалось во введении, по крайней мере какая-то частьобратнонамагниченныхпородможетобразоватьсязасчётсамопроизвольныхпереполюсовок NRM ферримагнитных минералов, то есть в результате процессовсамообращения намагниченности.Итак, существуют две возможности образования обратной NRM: в результатеинверсий ГМП и процессов самообращения намагниченности.
Экспериментально изучатьинверсии ГМП мы никогда не сможем, так как их продолжительность составляетнесколько тысяч лет. Поэтому, изучая процессы самообращения NRM ферримагнитныхминералов, физические механизмы этих процессов, мы сможем оценить вероятностьпротекания этих процессов в природе, а тем самым и вероятность существования и вкаком количестве инверсий ГМП. Именно поэтому авторы предлагают читателю обзорлитературы по проблемам самообращения намагниченности. § 5.3. Самообращение намагниченности ферримагнетиков Естественная остаточная намагниченность, направление которой приблизительноантипараллельно направлению современного ГМП (именуемая далее «обратная NRM»),была впервые обнаружена в изверженных горных породах в начале 20 века [Wine, 209 Matthews 1963; David 1904].
Позже обратная NRM многократно наблюдалась на разныхизверженных и осадочных горных породах. Существование в природе обратной NRMпозволило предположить, что в прошлые геологические эпохи ГМП многократно менялополярность. И, согласно современным представлениям, обратная NRM горных породрассматривается как образовавшаяся в ГМП с полярностью, противоположнойсовременной.Первая грубая хронологическая шкала инверсий ГМП была предложена М.Матуйямой в 1929 [Brunhes, 1906], после изучения им более 100 потоков лав Японии иМаньчжурии (историческая область Китая). Далее, на основании палеомагнитных данныхс разных континентов, эта шкала уточнялась. Но тем не менее, в то время гипотезаинверсий ещё не была общепринятой.В 1949 году Ж.В.
Грэхэм [Graham, 1949] впервые поставил вопрос о возможномсуществовании в природе альтернативных инверсиям ГМП физических или химическихмеханизмов приобретения горными породами обратной NRM. Он изучил слой осадочныхгорных пород одного возраста и нашёл в нём как участки с прямой NRM, так и участки собратной NRM. Одинаковый возраст всех изученных им осадков позволил выдвинутьпредположение о том, что обратная NRM не могла образоваться в обратном ГМП, то есть,в результате инверсии ГМП. Иначе, весь слой должен был быть намагниченантипараллельно направлению современного ГМП.Ж.В.
Грэхэм написал известному теоретику, профессору Л. Неелю в Гренобль испросилего,могутлитеоретическисуществоватьпроцессы,приводящиекнамагничиванию магнетиков горной породы антипараллельно намагничивающему полю.Вплоть до 1951 года вопрос о существовании альтернативных инверсиямфизических или химических механизмов приобретения горными породами обратной NRMоставался открытым. А в 1951 году Л.Неель [Néel, 1951] опубликовал свою знаменитуюработу, в которой впервые предложил четыре физических механизма приобретениягорными породами обратной NRM. Как было упомянуто выше, она является базовойработой для изучающих самообращение намагниченности горных пород: на её выводахоснованы рассуждения многих авторов вплоть до наших дней.
Работа была дополнена ещёодной публикацией [Néel, 1955]. 5.3.1. Физика процессов самообращения. Сначала кратко изложим физическую суть изучаемого явления. Энергия магнитногомомента М во внешнем магнитном поле Н равнаE H = -(M·H)= -M·H·cosφ 210 (3.1)где φ - угол между M и H. При φ = 0 энергия E H будет наименьшей, поэтому в поле Нмомент M ориентируется по Н.Однако при термонамагничивании некоторых природных ферримагнетиковобнаруженыслучаиантипараллельнойполюНориентациисуммарнойтермонамагниченностн IТ (и термоостаточной намагниченности TRM). Эффектсамообращениянамагниченностиобусловленособымисвойствамисамогоферримагнетика.Приориентациинамагниченностипополю(см.(3.1))возникаеттермодинамически равновесное магнитное состояние ферримагнитного образца.Соответственно, образование в образце антипараллельной полю Н (обратной)намагниченностиследуетрассматриватькаквозникновениенеравновесногомагнитного состояния (''замороженная" обратная TRM).Такое состояние может быть достигнуто в ферримагнетике из-за его сложногостроения в процессе его термонамагничивания [Néel, 1948].
Спонтанный магнитныймомент MS двухподрешеточного ферримагнетика изначально, по своей природе, состоитиз двух антипараллельно направленных, не равных по величине моментов MSA и MSBмагнитных подрешеток А и В: МS = МSА+МSВ Рисунок 5.4. (а) Схема расположения атомных магнитных моментов в подрешетках А и Вферримагнетика. (б) Схема процесса термо-намагничивания:1 - зависимость IT(Т) ферримагнетика без точки компенсации ТК в интервале температур (ТС, Т0);2 - зависимость IT(Т) ферримагнетика с точкой компенсации ТК в интервале температур (ТС, ТК);3 - зависимость IT(Т) ферримагнетика с точкой компенсации ТК в интервале температур (ТК, Т0)при Н > НС , где НС - коэрцитивная сила;4 - зависимость IT(Т) ферримагнетика с точкой компенсации ТК в интервале температур (ТК, Т0)при Н < НС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
