диссертация (1097652), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Cтефенсон установил, что фактор экранирования зависит только от относительныхвеличин магнитных проницаемостей и размагничивающих факторов двух фаз.В работе [Nishida, Sasajima, 1974] изучены базальты из Готтингена (Германия) иХиросимы(Япония)итакжеполученосамообращение.Предпринятапопыткарассмотреть, является ли материал N-типа катион-дефицитным титаномагнетитом илиразновидностьюпродукта,образовавшегосяпутёмперераспределениякатионов.Механизмом, ответственным за самообращение, по мнению авторов работы [Nishida,Sasajima, 1974] является однофазный механизм N-типа Нееля.
Изучены также подводныебазальты, содержащие титаномагнетиты и синтезированные тинаномагнетиты [Nishida,Sasajima, 1974] и показано, что зёрна катион-разупорядоченного титаномагнетита(титаномаггемита) P или Q типа при окислении или катионном упорядочении могутпревращаться в зёрна N-типа.Рассмотрим далее самообращение химической остаточной намагниченности CRM[McClelland, Goss, 1993]. Самообращение CRM наблюдалось в гематите, образовавшемсяпри нагреве маггемита.
Экспериментальные данные навели авторов работы [McClelland,Goss, 1993] на мысль, что самообращение остаточной намагниченности гематита имеетместо только в случае, когда первичный маггемит всё ещё заблокирован при температуреего трансформации в гематит. Когда температура трансформации меньше температурыблокирования маггемита TВ и он не заблокирован, результирующая остаточнаянамагниченность гематита имеет прямое направление. В работе [McClelland, Goss, 1993]выдвигается гипотеза о том, что самообращение является общей особенностью переходамагнетит-гематит, причём важную роль здесь играет размер зерна. Поскольку работ,посвящённых самообращению в результате химических превращений, очень мало,рассмотрим более подробно процесс самообращения, описанный в [McClelland, Goss,1993]. Изначально существует маггемитовая фаза, которая является носителем стабильнойпрямой остаточной намагниченности.
Затем происходит образование первого гематита –суперпарамагнетика,которыйнебудетносителемстабильнойостаточнойнамагниченности вплоть до того момента, пока его объём не станет большеблокирующего объёма при температуре реакции. Процесс увеличения объёма зерна 240 эквивалентен процессу спада температур (внешняя температура становится меньше, чемблокирующая температура). Таким образом, авторы работы [McClelland, Goss, 1993]предлагают систему «охлаждения», в которой гематит является второй фазой длямагнитного упорядочения. Считается, что самообращение происходит в результатеобменного взаимодействия на границе фаз маггемит-гематит и чем больше площадьповерхности между фазами, тем эффект самообращения более ярко выражен.Былиподробнорассмотреныдвухфазныемеханизмысамообращениятитаномагнетитов и гемоильменитов, входящих в состав изученных разными авторамигорных пород.
Был также рассмотрен механизм самообращения в результате химическихпревращений. Рассмотрим далее однофазный механизм самообращения N-типа Нееля иработы, в которых этот механизм привлекается для объяснения самообращениянамагниченности.5.4.2. Механизм самообращения N-типа Нееля.Многочисленные исследования явления и физического механизма самообращениянамагниченности горных пород, выполненные авторами работ [Трухин и др., 1997, 2004;Трухин, Караевский, 1996; Васильев, Трухин, 2004; Безаева и др., 2005] дают возможностьпредложить наиболее вероятный физический механизм самообращения, который, понашему мнению, осуществляется в большинстве исследованных случаев самообращениянамагниченности горных пород.При рассмотрении вопроса о наиболее вероятном механизме самообращенияучитывалось то, что в природе осуществляется принцип наименьшего действия, иприродные процессы протекают по самому рациональному пути.
Ранее было отмечено,что наиболее простым и изящным является механизм самообращения Нееля,обусловленный сменой знака спонтанной намагниченности IS кристаллической решёткиферримагнетика при изменении температуры, а также при диффузии ионов илиэлектронов, а возможно и при изменении других термодинамических параметров.Авторы[Трухин,Караевский,1996]экспериментальныхисследованийсамообращения TRM в кимберлитах Якутии пришли к выводу о том, что самообращениев ферримагнитных минералах горных пород осуществляется по механизму N-типа.
241 Рисунок 5.10. Самообращение полной и остаточной термонамагниченностей содержащегоферримагнитные пикроильмениты (природные аналоги гемоильменитов) образца кимберлита изЯкутской алмазоносной трубки "Мир" при охлаждении от Т = 350°С до Т0 ≈ 20°С в поле Н= 0,5 Гс.1 - кривая изменения начальной магнитной восприимчивости при нагреве образца в поле Н;2 – кривая образования термонамагниченности при охлаждении образца в поле Н = 0,5Гс;3 - кривая температурной зависимости термоостаточной намагниченности IrT(Т),полученная при нагреве образца; пунктирная кривая - температурная зависимостьтермоостаточной намагниченности IrT(Т), полученная при охлаждении образца.Рассмотрим некоторые результаты этих исследований.
На рис. 5.10 представленополное самообращение TM и TRM образца кимберлита из трубки «Мир». Кривая 1показывает зависимость от температуры начальной магнитной восприимчивости æ0,которая обратно пропорциональна коэрцитивной силе (НС~А/æ0, где А – некотораяконстанта). Смена знака ТМ (кривая 2) происходит при Т, при которой ǽ0 достигаетмаксимума, а НС, соответственно, минимума, как и должно быть в механизме N-типа.Кривая 3 образования TRM при охлаждении образца в поле Н=0.5 Гс переходит черезнуль при более высокой Т (на ~100º), чем кривая образования ТМ.
Это понятно, так как всоставе ТМ есть ещё намагниченность æ0Н всегда направленная по полю Н.У ряда образцов трубки Мир наблюдается аномальное поведение NRM. На рис.5.7 показано циклическое размагничивание NRM в отсутствие поля (Н=0). Видно, чтопри нагреве (кривая 1) NRM увеличивается, а не уменьшается, как должно быть с точкизрения физики магнитных явлений. Кривые 3 и 4 выходят в отрицательнуюполуплоскость. Ясно, что такое поведение NRM связано со сложным характером еёнамагничивания в природе в течение многих миллионов лет.На рис.
5.11 представлены зависимость æ0(Т) (кривая 1) зависимости PTRM от Т 242 при охлаждении образца в поле Н=0 (кривые 2-13) и величины, и направления PTRM,полученные в разных температурных интервалах при охлаждении в Н=0 (измеренияпроводились при Т=20ºС).Обратим внимание на то, что переход от отрицательных PTRM к положительнымпроисходит при Т, при которых наблюдается резкое увеличение æ0 (следовательно,уменьшение НС).Нарис.5.12представленыкривыеразмагничиванияположительныхиотрицательных PTRM в переменном магнитном поле h частотой 50 Гц. Видно, что онивсе однофазны.
В случае, если бы намагничивалась двухфазная минералогическаясистема, то кривые PTRM(h) также должны были быть двухфазными.Рис. 5.11. Спектры парциальных остаточных намагниченностей IrpΔT , образованных винтервалах ΔТ=10°С и Н = 1 Гс, и их температурный ход для образца кимберлита изЯкутской алмазоносной трубки "Мир", содержащего ферримагнитные пикроильмениты(природные аналоги гемоильменитов).
При каждом измерении (кривые 1 - 13) поле Нвключалось только в указанном температурном интервале ΔТ, предыдущее и последующееохлаждения образца велись при Н =0; по достижению Т = Т0 измерялась величина IrpΔT .Отдельные кривые IrpΔT(Т) для удобства смещены по вертикали относительно друг друга, осьнулевой намагниченности отмечена чертой справа от начала каждой кривой.Уже представленные экспериментальные зависимости достаточны для того,чтобы утверждать, что самообращение намагниченности осуществляется на однойминералогической фазе, а следовательно оно происходит по механизму N-типа Нееля.Однако в природных образцах горных пород всегда могут быть двух имногофазные минералогические системы.
Поэтому с помощью электронно-зондовогоанализа был определён состав основной фракции самообращающихся образцов. Висследованномв [Трухин, Караевский, 1996] гемоильмените xFeTiO3(1-x)Fe2O3 поданным Института экспериментальной минералогии (Черноголовка), с сотрудниками 243 которого было выполнено совместное исследование состава и магнитных свойствсинтезированных гемоильменитов, х≈0.5÷0.6.Рис. 5.12. Размагничивание в переменном магнитном поле двух образцов кимберлита изЯкутской алмазоносной трубки "Мир" (содержащих ферримагнитные пикроильмениты),имеющих различные величины парциальных остаточных намагниченностей IrрΔТ .
Первомуобразцу, который характеризуется коэрцитивной силой НС = 95 Э, соответствуют кривые 1- 3, второму образцу (НС = 280 Э) - кривые 4 - 6. Размагничивание IrрΔТ, образованных привключении поля 200 Э в температурном интервале 300 - 20°С (кривая 1); при включенииполя 1 Э в температурном интервале 300 - 20°С (кривая 2); при включении поля 1 Э втемпературном интервале 300 - 220°С (кривая 3); при включении поля 200 Э втемпературном интервале 300 - 20°С (кривая 4); при включении поля 4 Э в температурноминтервале 300 - 20°С (кривая 5); при включении поля 4 Э в температурном интервале 300 240°С (кривая 6).Синтезированные гемоильмениты имели различные величины х [Трухин и др,1995]. В таблице 1 представлены условия синтеза. Наиболее чёткий эффектсамообращения получен на образцах 970 и 971 (рис.
5.6), а также на некоторых другихобразцах аналогичного состава. Самообращающиеся образцы представляли из себяоднофазные синтезированные гемоильмениты с х=0.62 (образец 970) и х=0.55 (образец971).Этот эксперимент, по нашему мнению, был решающим в пользу механизмасамообращения N-типа Нееля.Рассмотрим более подробно с точки зрения самообращения TRM теориюмеханизма N-типа и кривые IS(T) типа N (см.
3.1). Положим, что λ<µ. Cогласно (3.4),имеет место соотношение: |ISB|>|ISA| и IS=ISA-‐ISB<0 (4.1) В случае смены знака IS при повышении Т при температурах, близких к точке Кюри ТС,должны выполняться соотношения (при неизменных λ и µ): |ISB|<|ISA| и IS=ISA-ISB>0(4.2)244 Согласно [Néel, 1948] это возможно при выполнении следующего условия:λ(α+1) - µ(β+1)=0Этовыражениедля(4.3)границы,разделяющейферримагнитныефазыспротивоположным направлением спонтанной намагниченности.Выполнение (4.3) является условием смены знака IS при повышении температурыот 0 К до ТС в результате чего получаются кривые N-типа IS(T).Из рассмотренного линейного приближения теории следует, что на кривых IS(Т)типа N должна быть точка компенсации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
