Methods, based on magnetic properties of rocks

Магнитные исследования являются одними из основных геофизических методов, которые дают информацию о строении литосферы. Они могут проводиться наземно, с борта судна, с летательных аппаратов. Метод основан на свойствах минералов (магнетит, титаномагнетит) <запоминать> различные особенности магнитного поля Земли.

На геомагнитном разрезе аномалии от магнитных геологических образований, проявляясь в виде областей максимумов, создают маркирующие горизонты, что позволяет провести их идентификацию и увидеть распределение намагниченности между породами разных комплексов, Геомагнитный разрез позволяет оценить мощность и характер залегания неоднородностей, отличающихся по магнитным свойствам и провести картирование структурно-вещественных комплексов на основе изменчивости свойств горных пород. Тектонические нарушения отражаются на разрезе в виде контрастных границ контактов пород с разной намагниченностью, прослеживается смена вертикальной неоднородности на субгоризонтальную слоистость с глубины 8–10 км, что позволяет увидеть эффект разломов.Исследование магнитных характеристик зон крупных месторождений нефти и газа показало, что газонефтяные месторождения акватории приурочены к особым проницаемым зонам.

Полосовые магнитные аномалии северо-восточного простирания связываются с чередованием зон прямой и обратной намагниченности второго слоя океанической коры.

Горные породы во время образования приобретают намагниченность по направлению имеющегося геомагнитного поля. Поэтому, определяя направления намагниченности пород различного возраста в конкретном районе земной коры, можно узнать, как менялось в этом районе направление геомагнитного поля в течение того или иного периода времени. Проделав же это во многих районах земного шара, можно восстановить историю геомагнитного поля в целом.

Ферромагнитные вещества могут обладать намагниченностью лишь ниже некоторой критической температуры, называемой точкой Кюри и разной для разных ферромагнетиков. Ниже точки Кюри ферромагнетик распадается на области с различными направлениями намагниченности — домены размерами от единиц до сотен микронов. При изменениях внешнего магнитного поля перестраиваются не полностью, так что средняя намагниченность тела оказывается зависящей не только от внешнего магнитного поля в данный момент времени, но и от его эволюции в прошлом (гистерезис) - при снятии внешнего магнитного поля в ферромагнетике сохраняется остаточная намагниченность.

Наиболее велика и стабильна термоостаточная намагниченность, которую приобретает горячий, но остывающий ферромагнетик в момент перехода его температуры через точку Кюри. Такую намагниченность приобретают ферриты в остывающих лавах, так что изверженные породы оказываются хранителями отпечатков геомагнитного поля, существовавшего во время их остывания. Совершенно иную природу имеет ориентационная намагниченность осадочных пород: осаждающиеся и воде частицы, как крошечные стрелки компасов, в какой-то мере ориентируются по направлению горизонтальной компоненты геомагнитного поля.

При восстановлении истории геомагнитного поля по современной намагниченности пород различных возрастов встречается ряд трудностей. Некоторые ферриты намагничиваются не по направлению внешнего магнитного ноля, а по противоположному направлению или же способны менять при некоторых температурах направление своей намагниченности на обратное (самообращение). Направление намагниченности может отличаться от направления внешнего магнитного поля вследствие ориентированности кристаллитов в поликристалле и сплюснутых или вытянутых ферритовых зерен в породе, а также из-за того, что к внешнему полю прибавляется магнитное поле самого тела. Первичная намагниченность со временем медленно ослабевает и на нее налагается дополнительная вязкая намагниченность, ориентированная по современному геомагнитному полю. Дополнительная намагниченность может возникать также при вторичном нагреве пород (например при контактном метаморфизме) и некоторых их физико-химических изменениях, при появлении механических напряжений, а также вследствие кратковременных сильных магнитных полей при грозовых разрядах. Наконец, направление намагниченности пород может поворачиваться в пространстве при движениях слоев земной коры.

Детальный анализ пород (петрографический, химический, рентгеноструктурный, исследование фазовых переходов, намагничивание с последующим глубоким охлаждением и т. п.) позволяет выяснять природу ферритов в породе и оценивать их первичность. Удается различать виды намагниченности (пользуясь тем, что они по-разному ослабевают при магнитной чистке, т. е. при размагничивании образцов породы растущим переменным магнитным полем, нагревом или просто временем при изоляции от современного магнитного поля), оценивать палеомагитную стабильность и отличать первичную намагниченность (оставшуюся от начальной) от вторичной. Так, если имеется только один вид намагниченности, то при постепенном размагничивании общее направление намагниченности образца не изменяется, в противном же случае оно сменяется на направление намагниченности наиболее стабильного вида. Размагничивание временем в течение двух—трех недель в сочетании с нагревом уничтожает вязкую намагниченность. Последовательные нагревы и охлаждения позволяют опознать термоостаточную намагниченность, a опыты по переосаждению осадков — орнентациониую. Имеются способы выяснения ориентированности микрокристаллов или зерен в породе, а также оценки собственного магнитного поля тела в целом. Таким образом удается выяснять природу первичной намагниченности и определять ее направление и величину.
Двe группы результатов палеомагнитпых определений:

Первая заключается в построении палеомагнитной шкалы геологического времени, основанной на чередовании эпох нормальной и обратной полярности геомагнитного поля. Вторая состоит в определении стабильных континентальных блоков земной коры и их ориентации относительно географических полюсов в различные периоды времени, а тем самым и в реконструкции относительных движений континентов и полюсов.

Первое достижениe выросло из открытия Б. Брюпом в 1906 г. намагниченности некоторых лав во Франции, противоположной современному геомагнитному полю. В послевоенные годы специальное подробное обследование третичных и четвертичных лав Исландии, Англии, Франции и Японии показало, что только половина из них намагничена по современному геомагнитному полю, другая же половина имеет обратную намагниченность. Oбратная намагниченность была создана не аномальными свойствами ферритов или самообращениям их намагниченности, а обратной полярностью геомагнитного поля во время остывания лав.

Это поразительное открытие обращений полярности геомагнитного поли было окончательно подтверждено в серии работ 1963—1968 гг. А. Кокса, Р. Доэлла и Г. Далримпла, сопоставивших знаки намагниченности 240 образцов нормально и обратно намагниченных верхнеплиопеновых и четвертичных лав из различных районов мира с абсолютными возрастами этих лав, определенными но калий-аргоповому методу. Сопоставление показало, что ориентация намагниченности четко зависит от возраста лав, т. е. что в прошлом происходило чередование эпох нормальной и обратной полярности геомагнитного поля.
Таким образом, границы полос магнитных аномалий можно рассматривать как изохроны - линии одинакового возраста океанической коры.

Хорошее согласование данных пoпродолжительности эпох нормальной и обратной намагниченности лав, толщина нормально и обратно намагниченных слоев в колонках океанических осадков, ширина полос положительных и отрицательных магнитных аномалий океанического дна и возраст базальтового фундамента океанической коры, делает весьма убедительными и представление об обращениях полярности геомагнитного поля и гипотезу о спрединге океанического дна.

Полосовые магнитные аномалии дна оказались наиболее удобной информацией для восстановления эпох полярности геомагнитного поля в далеком прошлом. Воспользовавшись хорошо согласующимися друг с другом последовательностями магнитных аномалии в северной и южной частях Тихого океана и южных частях Атлантики и Индийского океана, Дж. Хейртцлер, Г. Диксон, Э. Хсроп, У. Питмен и К. Лепишон построили палеомагнитную шкалу времени на 80 млн. лет в прошлое.

Cледствием является следующее предположение: поскольку на движения в жидком ядре влияeт вращение Земли, можно ожидать, что геомагнитное поле, осредненное за периоды в десятки тысячелетий (большие по сравнению с типичными периодами его вековых вариаций, но меньшие по сравнению со временем тектонических процессов), будет симметричнo относительно оси вращения Земли (мгновенные же, не осродненные поля такой симметрией не обладают).

Гипотеза динамо может дать основу и для объяснения обращений полярности геомагнитного поля. В самом деле, простейший динамо-механизм, генерирующий магнитное поле, можно построить, взяв металлический диск, вращающийся на металлической же оси и помещенный в параллельное этой оси магнитное поле. По закону индукции вращение диска в магнитном поле породит в нем электрический ток, направленный от оси к ободу диска. Будем снимать этот ток с обода щеткой и отправлять его на ось по проводу, совершающему около оси один или несколько витков. Витки с током будут создавать новое магнитное полe, параллельное оси, которое будет прибавляться к начальному. В результате и магнитное поле, и ток будут расти со временем. Это дисковое динамо способно генерировать магнитное поле, но расчет показывает, что способностью к обращениям полярности оно но обладает. Однако стоит только взять два взаимодействующих дисковых динамо, в которых ток одного подпитывает магнитноe ноле другого, и наоборот, здесь уже появляется способность к обращениям полярности.

Согласно имеющимся оценкам главные силы, ответственные за блуждание полюсов, связаны с неправильностями распределения масс в Земле относительно экваториального вздутия, создаваемыми различиями между континентами и океанами и прежде всего том, что континенты выше. При этом на каждый континент действует полюсобежная сила направленная всегда к экватору векторная сумма силы тяжести, приложенной к центру тяжести своего континента, и архимедовой силы плавучести, приложенной к центру тяжести нижней, погруженной в литосферу части континента. Эти силы малы (недостаточны для того, чтобы сдвигать континенты), но их суммарный момент значителен (способен поворачивать Землю относительно оси ее вращения). Момент сил стремится повернуть Землю в такое равновесное положение, при котором наибольшая доля континентальных масс находится в зоне экваториального вздутия
C http://www.seapeace.ru/underwater/bottom/676.html

Magnetostrategraphy
Магнетизм