В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика (1119248), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Впервые определенно эффект самообращения на природных ферримагнетиках был обнаружен японским геофизиком Т. Нагата при лабораторном термонамагничивании образца дацитовой породы горы Харуна. При ориентации намагниченности по полю Н возникает термодинамически равновесное магнитное состояние ферримагнитного образца. Соответственно, образование в образце антипараллельной полю Н (обратной) намагниченности следует рассматривать как возникновение неравновесного магнитного состояния (« замороженная» обратная ТВМ). Такое состояние может быть достигнуто в ферримагнетике из-за его сложного строения в процессе его термонамагничивания. Спонтанный магнитный момент ЛХЗ двухподрешеточного ферримагнетика изначально, по своей природе, состоит из двух антипараллельно направленных, пе равных по величине моментов МА, и Мв, магнитных подрешеток А и В: (5.5) ЛХЗ = Мн,.
— ЛХлв Поэтому, ег ли ЛХтз, > ЛХл~, то при ориентации суммарной Мч по направлению Н значительная часть атомных магнитных моментов (рис. 5.1), сумма которых равна ЛХл, будет ориентирована антипараллельно Н. Рассмотрим схему процесса термопамагничнвания (рис. 5.2) в ферримагнетике без самообращсния намагниченности (кривая 1) и в ферримагнетике, обладающим свойством самообращепия (кривые 2+ 3, 2+ 4).
Созданная при температуре, близкой к Тп внормальногок ферримагнетика, ориентация магнитных доменов по Н закрепляется внешним магнитным полем Н и возникающим в процессе охлаждения потенциальным рельефом ферримагнетика, создающим спектр локальных минимумов потенциальной энергии. При комнатной ! л. б. Литосфера Земли и ее эволюция 106 Т >Т. тв тА Т =Т. т тА Т<Т, тв Рис. 5.1. Смена знака ЛХв ферримагнетика при изменении температуры от Т» до То. а) Т ) Т: тпв — — 41лв, тл = 21л ЛХв — — ЛХвв — ЛХА в — — 6 41лв — 6 21лв — — 124ев, о) Т= 1 тв тл ЛРв: М, =М,,-мин =6 ЗР,-6.ЗР, =6; в) Т ( Т: тя — — 21лв, т1 — — 41лв, Мз — — Мвз — ЛХАв — — 6 21лв — 6.
4глв — — — 121лв Гл. 4. Литоеферо Земли и ее ооолюцил 107 То Рис.5.2. Кривые намагничивания ферримагнетиков в случае отсутствия у ферримагветика кривой Х-типа (кривая Ц и в случае наличия кривой Х-типа (кривые 2 + 3 и 2 + 4) температуре Тв образуется намагниченность ТМ, величина которой будет определяться степенью ориентации магнитных моментов доменов, по направлению Н в зависимости от напряженности намагничивающего поля Н (рис. 5.2, кривая 1). При полной ориентации всех магнитных моментов доменов в поле насьпцения Ня возникает насыщение, и ТМ будет равна спонтанной намагниченности. Ориентации и величины магнитных моментов ЛХ4, ЛХн в подрешетках А и В определяются величинами обменных взаимодействий внутри подрешеток (энергии Ел и Еп) и между подрешетками (Ели). Существенным является то, что все эти величины (ЛХлз, .Мяч, Ел, Еп, Ели) могут изменяться с изменением температуры.
Йзменения могут быть настолько существенными, что при охлаждении ферримагнетика от Т = Тс при некоторой температуре компенсации Т„в доменах ферримагнетика происходит смена знака ЛХЗ из-за того, что при Т > Т, превалировала намагниченность подрешеток В, а при Т ( Т намагниченность подрешеток А становится больше намагниченности подрешеток В. Это относится и к спонтанной намагниченности всего ферримагнитного образца. Возможность существования ферримагнетиков, у которых зависимости Хя(Т) имеют при некоторой Т = Т величину Хя(Т ) = О (кривые Ю-типа), была теоретически установлена Пеелем, а в дальнейшем многократно подтверждалась экспериментально.
1л. ». Лито«феле Земли и ее эеолиэцил При термонамагничивании «самообращающегося» ферри- магнетика в интервале температур Те < Т < Тс будет возникать намагниченность ТМ, ориентированная по направлению Н, сначала по мере охлаждения увеличивающаяся, затем при приближении 7' к Т, уменьшающаяся в связи с уменьшением 7я ферримагнетика. При Т = Т, намагниченность 1 = 0 (рис. 5.2, кривая 2). При дальнейшем охлаждении ниже 7', могут встретиться два случая, зависящих от величины МЗ доменов и от соотношения величин коэрцитивной силы Н, и внешнего поля Н.
Если при Т < Т поле Н > Н„то при дальнейшем охлаждении ниже Т„достаточно большое поле Н будет разворачивать антипараллсльные Мя доменов и намагниченность будет вновь увеличиваться по направлению Н (рис. 5.2, кривые 2+ 3). А в случае, если поле Н < Н„то разворот доменов по полю Н ввиду малости полевой энергии Ен будет невозможен и прн Т < Тк за счет роста Мя, направленной по ЛХ« ч, будет увеличиваться ТМ в антипараллельном по отношению к и направлении (рис. 5.2, кривые 2+ 4). Образовавшаяся «самообращенная» тсрмоостаточная намагниченность будет находиться в неравновесном состоянии и будет удерживаться локальными энергетическими барьерами ферри- магнетика.
Аналогичное изменение па 180' направления в доменах может произойти и за счет диффузии магнитных ионов между подрешетками. Поэтому возможно самообращение намагниченности и в результате химических процессов в ферримагнитных минералах. Существуют и другие представления о механизмах самообращепия намагниченности в ферримагнитных минералах горных пород. Еще в 1954 г. М. А. Грабовский и А. Н.
Пушков показали, что самообращение намагниченности возможно за счет магнитостатического взаимодействия между двумя соприкасающимися образцами минералов: магнетита и пирротина. Предполагается, что магпитостатическое взаимодействие возможно и в природных мелких ферримагнитных зернах, имеющих двухфазное строение. В ряде работ рассматривается возможность самообращения двухфазных минералов за счет обменного взаимодействия между различными фазами.
На наш взгляд, наиболее легко осуществимым и поэтому наиболее вероятным является самообращение, происходящее по первому из рассмотренных нами механизмов, а именно при термонамагничивании в достаточно слабых полях Н ферримагнетиков, 1'л. о. Литосфеоа Земли и ее ооолюцил 109 имеющих точку компенсации Т, в которой происходит изменение знака 1з в ферримагнетике (рис.
5.2, кривые 2+ 4). Несмотря на высказанные нами соображения о наиболее вероятном физическом механизме самообращения, мы считаем, что это явление очень сложное и к настоящему времени недостаточно изученное. Оно имеет прямое отношение к проблеме инверсий геомагнитного поля. Поэтому необходимо продолжать изучение самообращения намагниченности на различных типах континентальных и океанских горных пород. Одним из авторов книги с коллегами в 1984 г. были исследованы эффекты самообращения намагниченности на природных пикроильменитах (аналоги гемоильменитов), которые содержались в кимберлитах, образцы которых были отобраны из алмазоносных труб Якутии.
При исследовании синтезированных гемоильменитов, аналогичных пикроильмгнитам, было получено, что самообращение ТВ.М проявлялось у образцов гемоильменитов вполне определенного состава. Явление самообращения намагниченности наблюдалось также на горных породах, содержащих титаномагнетиты или их аналоги. В последнее время особый интерес вызывает исследование самообращения ТКМ океанских базальтов, магнитные свойства которых определяются, в основном, однофазно и гетерофазно окисленными титаномагпетитами. В подводных базальтах было обнаружено, что обратная термоостаточная намагниченность возникает в результате лабораторного прогрева образца, когда его Тс поднимается до = 350'С, т.е, на катиондефицитных титаномагнетитах определенного состава.
В образцах базальтов, драгированных с морского дна из трансформного разлома Романш (Центральная Атлантика) и из тройственного сочленения Буве в районе хребта Шписс (1Ожная Атлантика), было также найдено небольшое количество образцов со свойствами самообращепия ТВ.М. Подводя итоги сказанному, следует отметить, что при исследовании образцов горных пород разного происхождения и содержащих различные ферримагнитные минералы наблюдаются случаи самообращения термоостаточной намагниченности. Пока самообращающихся образцов найдено очень мало по сравнению с огромным количеством образцов, на которых получс. ны основные палеомагнитные результаты и сделаны выводы о геомагнитных инверсиях, происходивших на протяжении последних 500-600 млн лет.
Однако следует принимать во внимание, что самообращепие МКМ является еще одним механизмом 1л. 5. Литосферо Земли и ев эеолюцил образования обратной намагниченности горных пород помимо инверсий ГМ поля. Несмотря на экспериментально обнаруживаемые случаи самообращения намагниченности, существует большое число фактов, которые, хотя и косвенно, свидетельствуют в пользу возникновения обратной естественной остаточной намагниченности за счет инверсий геомагнитного поля, а пе в результате само- обращения намагниченности. Это такие факты, как приблизительно одинаковое число смен знака МВМ, зафиксированное за определенное геологическое время на различных породах разных континентов и океанов. На дне океанов в ряде мест обнаружено одинаковое количество смен знака 1чВМ на подводных базальтах и осадках за определенное время. Исследования процесса смены знака в горных породах, выполненные на осадочных породах различных материков., также диот почти идентичные картины.
Поэтому объективно я, как автор этого раздела книги, также склонен отдать предпочтение инверсиям геомагнитного поля. Но тем не менее надо найти место и самообращениям намагниченности в общей магнитохронологической шкале. Надо доказать, что самообращения МВМ не играют существенной роли в образовании намагниченных пород. Собственно, в этом и заключается основная цель исследований явления самообращения и его физического механизма. Иначе будет до конца недоказанным и существование инверсий геомагпитного поля. Известный математик, академик Мальцев говорил: «Можно тысячу раз сказать "да" и ничего не доказать, а можно один раз сказать "нет'...» Обьективно в настоящее время из двух механизмов образования обратной МВМ мы можем непосредственно наблюдать в лаборатории только один: самообращепие.
Если инверсии и происходят, то все равно никогда наблюдать их мы не сможем и не смогут наши потомки, так как время протекания процесса одной инверсии составляет несколько тысяч лет. Рассмотренная проблема двух возможных механизмов образования обратной ХВМ (инверсии ГМ поля и самообращение намагниченности) показывает, насколько сложно установить истинную причину глобальных геофизических явлений, лабораторное и теоретическое моделирование которых далеко не всегда возможно. В таких случаях на первый план необходимо ставить систему твердо установленных фактов, характеризующих то или иное геофизическое явление.
К сожалению, встречаются случаи, когда авторы гипотезы привлекают к ее обоснованию только те факты, которые подтверждают гипотезу и не рассматривают факты, пе подтверждающие гипотезу. Глава 6 Вода на Земле Водная оболочка нашей планеты, в отличие от ее воздушной оболочки, является прерывистой, а не сплошной. Действительно, океаны отделены друг от друга материками или цепью островов, что приводит к ряду особенностей общей циркуляции вод Мирового океана по сравнению с атмосферой. Нашу планету можно считать планетой воды, так как вода покрывает 75Ую земной поверхности. Это и ослепительно сииие огромные океаны и моря, являющиеся сосгавными частями Мирового океана, и нежно голубые озера и водохранилища, и многочисленные реки, серебристыми лентами пересекающие территорию всех континентов, и льды иа суше и иа море.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
