Paleomagnetismus - Paleomagnetism
Paleomagnetismus , nebo paleomagnetismus , je studie o záznamu v magnetickém poli Země v horninách, sedimentu nebo archeologických materiálů. Magnetické minerály v horninách mohou zaznamenávat směr a intenzitu magnetického pole, když se vytvoří. Tento záznam poskytuje informace o minulém chování magnetického pole Země a minulém umístění tektonických desek . Záznam geomagnetických zvratů zachovaných ve vulkanických a sedimentárních horninových sekvencích ( magnetostratigrafie ) poskytuje časové měřítko, které se používá jako geochronologický nástroj. Geofyzici, kteří se specializují na paleomagnetismus, se nazývají paleomagnetici.
Paleomagnetici vedli oživení hypotézy kontinentálního driftu a její transformaci na deskovou tektoniku . Zdánlivé cesty polárního putování poskytly první jasný geofyzikální důkaz kontinentálního driftu , zatímco námořní magnetické anomálie učinily totéž pro šíření mořského dna . Paleomagnetická data nadále rozšiřují historii deskové tektoniky zpět v čase, protože je lze použít k omezení starodávné polohy a pohybu kontinentů a kontinentálních fragmentů ( terranů ).
Paleomagnetismus se silně spoléhal na nový vývoj v magnetismu hornin , což zase poskytlo základ pro nové aplikace magnetismu. Patří mezi ně biomagnetismus , magnetické tkaniny (používané jako indikátory deformace v horninách a půdách) a magnetismus prostředí .
Dějiny
Již v 18. století bylo zjištěno, že jehly kompasu se odchýlily poblíž silně zmagnetizovaných výchozů. V roce 1797 Von Humboldt připisoval tuto magnetizaci úderům blesku (a úder blesku často magnetizuje povrchové horniny). V 19. století studie směru magnetizace v horninách ukázaly, že některé nedávné lávy byly magnetizovány paralelně s magnetickým polem Země. Na počátku 20. století ukázaly práce Davida, Brunheše a Mercantona, že mnoho hornin bylo magnetizováno antiparalelně s polem. Japonský geofyzik Motonori Matuyama ukázal, že magnetické pole Země se obrátilo v polovině kvartéru , což je nyní zvrat zvaný Brunhes – Matuyama .
Britský fyzik PMS Blackett poskytl hlavní impuls paleomagnetismu vynalezením citlivého astatického magnetometru v roce 1956. Jeho záměrem bylo otestovat jeho teorii, že geomagnetické pole souviselo s rotací Země, teorii, kterou nakonec odmítl; ale astatický magnetometr se stal základním nástrojem paleomagnetismu a vedl k oživení teorie kontinentálního driftu . Alfred Wegener poprvé navrhl v roce 1915, že kontinenty byly kdysi spojeny a od té doby se od sebe vzdálily. Přestože předložil množství nepřímých důkazů, jeho teorie se setkala s malým přijetím ze dvou důvodů: (1) nebyl znám žádný mechanismus pro kontinentální drift a (2) neexistoval způsob, jak rekonstruovat pohyby kontinentů v průběhu času. Keith Runcorn a Edward A. Irving vytvořili zjevné cesty polárního putování po Evropě a Severní Americe. Tyto křivky se lišily, ale bylo možné je sladit, pokud se předpokládalo, že kontinenty byly v kontaktu až před 200 miliony let. To poskytlo první jasný geofyzikální důkaz kontinentálního driftu. V roce 1963 pak Morley, Vine a Matthews ukázali, že námořní magnetické anomálie poskytly důkazy o šíření mořského dna .
Pole
Paleomagnetismus je studován na několika stupnicích:
- Geomagnetická sekulární variace jsou drobné změny ve směru a intenzitě magnetického pole Země. Magnetický severní pól se neustále posouvá vzhledem k ose rotace Země. Magnetismus je vektor, a proto se variace magnetického pole studují paleodirektivními měřeními magnetické deklinace a magnetického sklonu a měření paleoointenzity.
- Magnetostratigrafie používá k určení stáří těchto hornin historii obrácení polarity magnetického pole Země zaznamenanou ve skalách. Zvraty se vyskytovaly v nepravidelných intervalech v celé historii Země . Stáří a vzor těchto zvratů je znám ze studia zón šíření mořského dna a datování vulkanických hornin.
Principy remanentní magnetizace
Studium paleomagnetismu je možné, protože minerály nesoucí železo, jako je magnetit, mohou zaznamenávat minulé směry magnetického pole Země. Magnetické podpisy ve skalách lze zaznamenat několika různými mechanismy.
Tepelná magnetizace
Minerály na bázi oxidu železitého a titanu v čediči a dalších vyvřelých horninách mohou zachovat směr magnetického pole Země, když se horniny ochladí teplotami Curie těchto minerálů. Teplota Curie magnetitu , co by spinelu -skupinu oxidu železa , je asi 580 ° C, zatímco většina čedič a gabro jsou zcela krystalizuje při teplotách nižších než 900 ° C. Minerální zrna se tedy fyzicky neotáčejí, aby se vyrovnala s polem Země, ale spíše mohou zaznamenávat orientaci tohoto pole. Takto uchovaný záznam se nazývá termoremanentní magnetizace (TRM). Protože ke komplexním oxidačním reakcím může docházet při ochlazování vyvřelých hornin po krystalizaci, nejsou vždy přesně zaznamenávány orientace magnetického pole Země, ani záznam není nutně udržován. Záznam byl nicméně dostatečně zachován v bazaltech oceánské kůry, aby byl kritický při vývoji teorií šíření mořského dna souvisejících s deskovou tektonikou . TRM lze také zaznamenat v keramických pecích , krbech a vypálených nepálených budovách. Disciplína založená na studiu termomagnetické magnetizace v archeologických materiálech se nazývá archeomagnetické datování .
Detritální remanentní magnetizace
Ve zcela jiném procesu se magnetická zrna v sedimentech mohou vyrovnat s magnetickým polem během nebo brzy po depozici; toto se nazývá detritální remanentní magnetizace (DRM). Pokud je magnetizace získána při ukládání zrn, výsledkem je depoziční detritální remanentní magnetizace (dDRM); pokud je získán brzy po uložení, jedná se o post-depoziční detritální remanentní magnetizaci (pDRM).
Chemická remanentní magnetizace
Ve třetím procesu rostou magnetická zrna během chemických reakcí a zaznamenávají směr magnetického pole v době jejich vzniku. Toto pole se údajně zaznamenává chemickou remanentní magnetizací (CRM). Běžnou formu chemické remanentní magnetizace drží minerál hematit , další oxid železitý . Hematit se tvoří chemickými oxidačními reakcemi jiných minerálů ve skále včetně magnetitu . Redbedy , klastické sedimentární horniny (například pískovce ) jsou červené kvůli hematitu, který se vytvořil během sedimentární diageneze . CRM podpisy v redbeds mohou být docela užitečné a jsou běžnými cíli ve studiích magnetostratigrafie .
Izotermická remanentní magnetizace
Remanence, která se získává při pevné teplotě, se nazývá izotermická remanentní magnetizace (IRM) . Remanence tohoto druhu není pro paleomagnetismus užitečná, ale lze ji získat v důsledku úderu blesku. Bleskově indukovaná remanentní magnetizace se vyznačuje vysokou intenzitou a rychlými změnami směru na centimetrových stupnicích.
IRM je ve vrtacích jádrech často indukováno magnetickým polem válce s ocelovým jádrem. Tento kontaminant je obecně rovnoběžný s válcem a jeho většinu lze odstranit zahřátím na asi 400 ° C nebo demagnetizací v malém střídavém poli.
V laboratoři je IRM indukován použitím polí různých sil a používá se k mnoha účelům v magnetismu hornin .
Viskózní remanentní magnetizace
Viskózní remanentní magnetizace je remanence, kterou získávají feromagnetické materiály seděním v magnetickém poli po určitou dobu. V horninách je tato remanence typicky vyrovnána ve směru současného geomagnetického pole. Zlomek celkové magnetizace horniny, což je viskózní remanentní magnetizace, závisí na magnetické mineralogii.
Paleomagnetický postup
Sběr vzorků na souši
Nejstarší skály na dně oceánu jsou 200 mya - velmi mladé ve srovnání s nejstaršími kontinentálními skalami, které pocházejí z doby před 3,8 miliardami let. Za účelem shromáždění paleomagnetických dat datovaných přes 200 mya se vědci obrátili na vzorky nesoucí magnetit na zemi, aby rekonstruovali starou orientaci pole Země.
Paleomagnetici, stejně jako mnozí geologové, tíhnou k výchozům, protože jsou vystaveny vrstvy hornin. Silniční řezy jsou pohodlným člověkem vytvořeným výchozem.
- „A všude, v hojnosti podél této půl míle [roadcut], jsou malé, úhledně vybroušené díry ... se zdá být Hiltonem pro wrens a fialové martins.“
Existují dva hlavní cíle vzorkování:
- Načíst vzorky s přesnou orientací a
- Snižte statistickou nejistotu.
Jedním ze způsobů, jak dosáhnout prvního cíle, je použití vrtáku s těžbou kamenů, který má trubku zakončenou diamantovými bity. Vrták řeže válcovitý prostor kolem nějaké skály. To může být špinavé - vrták musí být chlazen vodou a výsledkem je bláto chrlící z díry. Do tohoto prostoru je vložena další trubka s připojeným kompasem a sklonoměrem . Ty poskytují orientaci. Před odstraněním tohoto zařízení se na vzorku poškrábe značka. Po odlomení vzorku lze značku kvůli jasnosti zvětšit.
Aplikace
Paleomagnetické důkazy, jak údaje o obrácení, tak o polárním putování, pomohly ověřit teorie kontinentální driftové a deskové tektoniky v 60. a 70. letech. Některé aplikace paleomagnetických důkazů k rekonstrukci historie terranů nadále vyvolávaly spory. Paleomagnetické důkazy se také používají při omezování možných věků hornin a procesů a při rekonstrukcích historie deformací částí kůry.
Reverzní magnetostratigrafie se často používá k odhadu stáří míst s fosiliemi a pozůstatky homininu . Naopak u fosilií známého věku mohou paleomagnetická data určit zeměpisnou šířku, ve které byla fosilie uložena. Taková paleolatitude poskytuje informace o geologickém prostředí v době depozice.
Paleomagnetické studie jsou kombinovány s geochronologickými metodami k určení absolutního věku hornin, ve kterých je magnetický záznam zachován. U vyvřelých hornin, jako je čedič , se běžně používají geochronologie draslík – argon a argon – argon .
Vědci na Novém Zélandu zjistili, že jsou schopni zjistit minulé změny magnetického pole Země studiem 700 až 800 let starých parních pecí neboli hangi , které Maorové používají k vaření jídla.
Viz také
- Geofyzika - fyzika Země a jejího okolí
- Magnetochemie - studium magnetických vlastností chemických sloučenin
- Paleoklimatologie - studium změn ve starověkém podnebí
- Rekonstrukce desek - Proces rekonstrukce pozic tektonických desek v geologické minulosti
- Horninový magnetismus - Studium magnetismu ve skalách
Poznámky a odkazy
Další čtení
- Butler, Robert F. (1992). Paleomagnetismus: magnetické domény pro geologické terény . Blackwell . ISBN 0-86542-070-X . Archivovány od originálu dne 18. února 1999.
- Dunlop, David J .; Özdemir, Özden (1997). Rock Magnetism: Fundamentals and Frontiers . Cambridge Univ. Stiskněte . ISBN 0-521-32514-5 .
- Glen, William (1982). The Road to Jaramillo: Critical Years of the Revolution in Earth Science . Press Stanford University . ISBN 0-8047-1119-4 .
- McElhinny, Michael W .; McFadden, Phillip L. (2000). Paleomagnetismus: kontinenty a oceány . Akademický tisk . ISBN 0-12-483355-1 .
- McPhee, John (1998). Letopisy bývalého světa . Farrar, Straus a Giroux . ISBN 0-374-10520-0 .
- Tauxe, Lisa (2010). Základy paleomagnetismu . University of California Press . ISBN 978-0-520-26031-3 .
- Tauxe, Lisa (1998). Paleomagnetické principy a praxe . Kluwer . ISBN 0-7923-5258-0 .