Características y métodos de investigación del campo paleomagnético.
(1) Características del campo geomagnético antiguo
1. Cambios a largo plazo en la dirección del campo geomagnético
Utilizando el magnetismo remanente conservado en la historia. artefactos y lava, los cambios a largo plazo en el campo geomagnético se remontan a hace miles de años. Porque los antiguos hornos, hornos de fundición, ladrillos, tejas y cerámica experimentaron el proceso de enfriamiento de alta temperatura a temperatura normal en el campo geomagnético en ese momento, y obtuvieron un magnetismo térmico residual relativamente estable consistente con la dirección del campo geomagnético local. La edad de estas antigüedades se puede determinar mediante métodos arqueológicos. Si estos objetos antiguos permanecen en su posición original, la dirección del campo geomagnético en ese momento se puede obtener midiendo su inclinación y declinación magnética residual. La Figura 3-40(a) utiliza los ladrillos antiguos para medir la inclinación del campo geomagnético en el. Área de Beijing en los últimos 2 ka curva de cambio. A juzgar por los resultados estadísticos, el período de cambio es de aproximadamente 1ka.
2. Cambios a largo plazo en la intensidad del campo geomagnético
Utilizando el método de calentamiento paso a paso de Tellier, realizamos un estudio de calentamiento paso a paso en la antigüedad. La intensidad total del antiguo campo geomagnético se muestra en la Figura 3-40(b). En la figura se puede ver que la intensidad del campo geomagnético a principios de nuestra era era aproximadamente 1,6 veces mayor que la de los tiempos modernos. Obviamente, el campo geomagnético en el área de Beijing ha ido disminuyendo gradualmente en los últimos dos mil años. Esta conclusión es similar a los resultados medidos por Francia, la ex Unión Soviética y Japón. Se puede concluir que la amplitud de variación de la intensidad del campo geomagnético en los últimos miles de años es aproximadamente del 10% al 15% del campo promedio.
Figura 3-40 Cambios a largo plazo en el antiguo campo geomagnético de mi país
3. Características del campo dipolo geocéntrico axial del antiguo campo geomagnético
Analizando el mundo Las posiciones de los polos paleomagnéticos obtenidas en diferentes zonas pueden proporcionar una imagen media del campo geomagnético en períodos históricos y arqueológicos. La Figura 3-41 es la posición de los polos geomagnéticos en Grecia, Japón y el Monte Etna durante el período histórico y hace miles de años según datos geomagnéticos arqueológicos. En su conjunto, estos polos geomagnéticos se centran alrededor del polo geográfico.
La Figura 3-42 es un mapa de las posiciones de más de 1.000 polos paleomagnéticos obtenidos a partir de observaciones de rocas volcánicas en el mundo durante los últimos 20 Ma (desde el Paleógeno y el Mioceno). Estos polos geomagnéticos también están distribuidos centralmente alrededor de los polos geográficos. En promedio, el campo geomagnético antiguo exhibe las características de un campo dipolar geocéntrico axial. Una gran cantidad de datos demuestra que las propiedades del dipolo axial medio del campo geomagnético descubierto en rocas de edad geológica relativamente joven pueden extenderse a períodos más antiguos de la historia de la Tierra. Por lo tanto, el campo geomagnético en los períodos geológicos antiguos todavía tiene las características de un campo dipolar geocéntrico axial.
Figura 3-41 Posición del polo magnético medida a partir de materiales arqueológicos
Figura 3-42 Posición del polo magnético de rocas volcánicas desde hace 20 Ma
(2) Paleomagnetismo Científico métodos de investigación
La base de la investigación paleomagnética es utilizar la magnetización estable de remanentes naturales (NRM) de unidades de roca sin cambios tectónicos para proporcionar las características paleomagnéticas (T paleo) del período de formación rocosa. La suposición básica es que la dirección de la magnetización remanente natural (Mr) de las rocas en diferentes períodos históricos es paralela a la dirección del correspondiente campo geomagnético antiguo y la intensidad es proporcional (es decir, Mr//T antiguo, Mr∝T antiguo ). Para la investigación a escala global, todavía existe Se basa en las características del campo dipolar geocéntrico axial del antiguo campo geomagnético.
Los datos básicos para la investigación paleomagnética son el TRM y el CRM de rocas porque son más estables que otros tipos de NRM.
El método de investigación del paleomagnismo debe primero recolectar un conjunto de especímenes orientados espacialmente de la unidad de roca en estudio. Dado que el NRM de los afloramientos rocosos (especialmente rocas extrusivas básicas o áreas de rocas intrusivas) es relativamente fuerte, el ángulo. medido con una brújula general tiene un gran error, por lo que se utiliza una brújula solar. Si se recolectan muestras de roca que han sido significativamente deformadas (por ejemplo, capas sumergidas), también se debe anotar el plano horizontal original indicado por el lecho. Para un conjunto de rocas en una secuencia de capas (como un flujo de lava), los especímenes a menudo se toman de una sección vertical equivalente a un período de varios miles de años, de modo que el NRM medido de los especímenes se promedie para minimizar el impacto de las rocas a largo plazo. cambios de término en T.
Corta cada espécimen recogido en muchas muestras de roca cuadradas (o cilíndricas).
Por lo general, se utilizan magnetómetros no direccionales y magnetómetros giratorios para medir los vectores NRM de muestras de rocas, y luego sus direcciones se trazan mediante proyección polar. La agrupación de puntos vectoriales en la parte superior del polarograma indica el grado de coherencia de las mediciones.
Figura 3-43 Experimento de plegado
Para determinar la estabilidad de NRM, es necesario realizar algunas pruebas geológicas para su verificación. Los más básicos son la "prueba de arrugas" y la "prueba de contacto al horno". El principio de la prueba de pliegue es: si las direcciones NRM muestreadas son diferentes entre sí en diferentes posiciones en la capa de pliegue, después de realizar la corrección de inclinación (la dirección NRM se gira en el ángulo correspondiente con la inclinación de la capa de roca para restaurar la posición horizontal de la capa de roca), el NRM Las direcciones se vuelven consistentes, indicando que el NRM se obtuvo antes del plegamiento de la roca, de lo contrario, indica que la remanencia es secundaria; Como se muestra en la Figura 3-43. La prueba de contacto de cocción significa que cuando el magma volcánico invade la roca madre, los alrededores de la roca madre se calientan y, cuando se enfrían, la roca madre y la roca intrusiva se magnetizan en el mismo campo magnético para obtener NRM (aquí principalmente TRM). Dado que las composiciones materiales de las rocas intrusivas (cocidas) y las rocas circundantes son generalmente diferentes, la consistencia de las direcciones NRM de las rocas intrusivas y las rocas circundantes (incluidas las cocidas y no cocidas) puede proporcionar estabilidad de la propiedad de magnetización de las rocas intrusivas, como se muestra en. Figura 3-44. Esta situación también se aplica a las rocas cocidas debajo de los flujos de lava en erupción. De hecho, este experimento ha proporcionado pruebas sólidas de la realidad de la inversión de polaridad del campo geomagnético. Si la dirección del NRM de la roca circundante es completamente opuesta a la del NRM cocido, significa que la polaridad del campo geomagnético se ha invertido.
Figura 3-44 Cambios en la dirección de la magnetización después del enfriamiento de rocas ígneas y rocas horneadas adyacentes
Antes de interpretar la dirección del campo paleomagnético para el NRM medido, la remanencia viscosa (VRM ), se debe eliminar la remanencia isotérmica (IRM) y otras remanencias superpuestas a la remanencia original. Estos componentes de remanencia secundaria son generalmente "más blandos" que los de remanencia primaria (TRM o CRM). En circunstancias favorables, se puede utilizar una desmagnetización parcial para destruir los componentes "blandos" y retener los componentes "duros" útiles. Este proceso se denomina "magnético". Limpieza". El método de limpieza magnética más utilizado es el método de desmagnetización por campo magnético alterno. Este método coloca la muestra de roca en un campo magnético alterno, selecciona una intensidad de campo máxima basada en la fuerza magnética coercitiva Hc del componente destruido y luego disminuye suavemente hasta cero. Además, la roca también se puede "limpiar" calentándola y enfriándola gradualmente en un espacio no magnético. La desmagnetización térmica generalmente no es tan conveniente como el método de desmagnetización del campo magnético alterno, pero puede ser más útil cuando la roca tiene un historial de calentamiento complejo y tiene TRM o PTRM secundario.
Después de la limpieza magnética, se toma como dato indicativo de la dirección paleomagnética un conjunto de valores de magnetización residual con la misma dirección. Para descartar la posibilidad de obtener algún TRM o CRM secundario durante la remagnetización, se deben realizar pruebas que puedan identificar cualquier cambio causado por eventos geológicos, tectónicos o cambios fisicoquímicos en los minerales magnéticos después de la formación de la roca. Luego, bajo el supuesto del campo dipolar geocéntrico axial, la posición del polo magnético equivalente se puede inferir sustituyendo la dirección promedio de un conjunto de NRM con la misma dirección en la fórmula de conversión necesaria. Además, dado que la dirección de magnetización determina un área en lugar de un punto en el mapa original de la superficie de eyección polar, el polo paleomagnético se calcula como un área de la Tierra.