Введение к работе
Актуальность проблемы. Для получении сведений об эволюции земного ядра, конфигурации и динамике границы ядро-мантия, для разработки теории геомагнитного поля и его источников особенно важным представляется изучение характеристик магнитного поля Земли в историческом аспекте. При этом очень важны сведения, получаемые при изучении тонкой временной структуры геомагнитного поля и геомагнитных инверсий в отношении поведения палеонапряженности Н^ В настоящее время статистика определений палеонапряженности, в частности, в периоды геомагнитных инверсий, недостаточна и не всегда убедительна. В значительной мере это связано с рядом недостатков существующих методов определения Нд,, один из которых - то, что они подразумевают использование величины естественной остаточной намагниченности горных пород, а это не всегда корректно. Для наиболее древних - докембрийских пород, возраст которых сравним с верхними теоретическими оценками возможной временной стабильности намагниченности, применение таких методов, подразумевающих сохранность первичной намагниченности, вообще теряет физическую обоснованность. Для того, чтобы обойти эти трудности, был предложен метод ступенчатого перемагничивания (МСП), применимый как для изверженных, так и для осадочных горных пород. Использование последних при изучении инверсий, экскурсов и других "быстрых" или кратковременных геомагнитных явлений может дать наибольший объем информации, т.к. они способны обеспечить максимально полную, детальную и "непрерывную" картину изменений параметров поля. К тому же, в фанерозое они достаточно широко распространены.
Все вышесказанное подчеркивает необходимость расширения и уточнения данных о пространственно-временной структуре древнего геомагнитного поля в отношении величины напряженности поля, большей их детализации, усовершенствования методов определения палеонапряженности.
Целью работы явилось изучение поведения палеонапряженности во время инверсий по разрезам осадочных горных пород. Применение МСП для решения этой задачи определило для данной работы два основных направления исследований - собственно палеомагнитное и чисто физическое, по обоснованию применимости МСП к осадкам.
Основные задачи работы. 1. В рамках проблемы физического обоснования применимости МСП к осадкам - экспериментальное изучение дифференциальных петель магнитного гистерезиса, как источника палеомагнитной информации.
а) изучение асимметрии петель как проявления информативных
особенностей магнитной текстуры осадка;
б) изучение зависимости степени асимметрии петель от различных
факторов: величины исходной намагниченности частиц магнетика
искусственных осадков, величины поля осаждения, вида ферримагнитной
фракции осадка; изучение временных зависимостей.
2. Изучение поведения палеонапряженности в периоды инверсий
геомагнитного поля по разрезам осадочных горных пород.
а) исследование кайнозойских инверсий - Харамильо- Матуяма,
Верхняя Твера-Твера, Твера-Гильберт и собышя Kamikatsura;
б) изучение поведения величины Ндр для переходных режимов
разного класса на примере инверсии Харамильо-Матуяма, события
Kamikatsura, н экскурса в верхах эпохи Матуяма;
в) построение феноменологической модели протекания кайнозойских
инверсий.
3. Определения палеонапряженности для эпох стабильной полярности
разного возраста с целью сравнения результатов определений Ндр
различными методами (на примере плейстоцена, нижнего плиоцена,
олигоцена, мела, юры и границы девон - силур).
Научная новизна работы определяется следующими результатами.
-
В работе впервые изучены дифференциальные динамические петли магнитного гистерезиса осадков. Установлено, что форма петель отражает наличие текстурных особенностей, определяющих характерное для осадочных горных пород разделение фазовой плоскости диаграммы Прейзаха-Нееля на две области с различной плотностью мнимых частиц, которое служит основой применимости метода ступенчатого перемагничивания к осадкам.
-
Получены кривые изменения величины палеонапряженности во время кайнозойских инверсий по разрезай осадочных горных пород.
-
Проведен сравнительный анализ поведения палеонапряженности для переходных режимов разного класса.
-
На разрезе Чауда (Грузия), содержащем запись поведения геомагнитного поля в поздней части эпохи Матуяма, идентифицировано глобальное событие Kamikatsura.
-
Определены значения древних виртуальных дипольных моментов (ВДМ) для нескольких эпох стабильной полярности методом СП.
Практическая ценность. Для решения практических задач палеомагнитопогни наиболее существенным является следующее:
- установлена возможность создания нового безнагревного метода
определения палеонапряженности на основе исследований формы петель
магнитного гистерезиса образцов осадочных горных пород;
- обоснована корректность применения метода ступенчатого
перемагничивания к осадочным горным породам;
показана хорошая сходимость результатов определений палеонапряженности, полученных методом СП и другими методами для эпох стабильной полярности разного возраста, что может служить основой для более широкого применения метода СП в палеомагнитной практике;
- представлена феноменологическая картина протекания инверсий.
Основными защищаемыми положениями работы являются:
-
Метод ступенчатого перемагничивания пригоден для определений палеонапряженности по осадочным горным породам; он дает результаты, хорошо согласующиеся с надежными данными, полученными традиционными методами для пород, содержащих палеомагнитную информацию как о величине древнего геомагнитного поля эпох стабильной полярности, так и в периоды инверсий.
-
Для ряда геомагнитных инверсий кайнозоя установлено наличие предвестников в виде пиков палеонапряженности.
-
Во время инверсий палеонапряженность понижается в 24-2.5 раза, по сравнению в напряженностью поля стабильных зон.
4. Дифференциальные динамические петли магнитного гистерезиса
осадочных горных пород могут служить источником пзлеомагнитной
информации н, возможно, дальнейшее их изучение послужит созданию
нового безнагревиого метода определения палеонапряженности.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Всероссийском семинаре по вопросам палеомагнетизма и магнетизма горных пород (Борок, 1996г.), международной конференции "Геокосмос", дохлады по теме работы были приняты на 3 конференциях EGS (1994, 1995, 1996 гг).
Публикации. По теме диссертации опубликовано девять печатных работ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из Введения, четырех глав, Заключения, списка литературы (104 наименования). Общий объем работы составляет 99 страниц, в том числе 26 рисунков, 3 таблицы.
Диссертационная работа выполнена автором в аспирантуре физического факультета СПбГУ под научным руководством доктора геолого-минералогяческих наук, профессора кафедры физики Земли СПбГУ Шашканова В.А.
Автор благодарит В.А.Шашканова за руководство работой, В.В.Металлову за ценные советы, ИЛПетрова, А.В.Смирнова за обсуждение полученных результатов, А.А.Костерова за помощь в проведении эксперимента, Н.Ш.0дикадзе, Г.З.Гурария, ЕГ.Гуськову, ВАСтарунова за предоставленные образцы горных пород.