Лекции по Физике Земли

Вариации земного магнетизма.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

• Напряженность магнитного поля и его элементы меняются во времени. Эти изменения получили название вариаций. Принято различать четыре вида магнитных вариаций: вековые, годовые, суточные и магнитные возмущения (бури).

• Вековые вариации магнитного поля происходят в течение десятков и сотен лет и приводят к значительным изменениям среднегодовых элементов земного магнетизма. Выявлен ряд периодов изменения поля в 500 - 2000 - 5000 лет и более.

Вековой ход - разности значений параметров магнитного поля в разные эпохи, деленные на число лет между

эпохами. Вековой ход обычно рассчитывается по обобщенным данным глобальных магнитных съемок за прошедшие 5 лет. Вековые вариации различны в разных регионaх. Имеется несколько зон (фокусов), в которых изменения поля максимальны. Эти фокусы перемещаются по земной поверхности. Например, за 1942 г. в Индонезии вариации достигли 130 нТл, а на юге Каспийского моря +110 нТл. Возникновения

вековых вариаций объясняются процессами, протекающими внутри Земли (в ядре и на границе ядра с мантией).

• На постоянноe поле Земли накладывается переменное магнитное поле или вариации (годовые, суточные, магнитные бури), вызванные внешними процессами, происходящими в ионосфере. Годовые вариации- это

изменения среднемесячных значений напряженности магнитного поля. Они характеризуются небольшой амплитудой (десятки нТл).

• Суточные вариации связаны с солнечносуточными и лунносуточными изменениями напряженности

геомагнитного поля из-за изменения солнечной активности. Максимума вариации достигают днем и при

противостоянии Луны. Годовые и суточные вариации являются плавными, периодическими, невозмущенными вариациями. Их интенсивность возрастает от экватора к полюсам, достигая 200 нТл.

• Кроме невозмущенных вариаций, существуют возмущенные вариации, к которым относятся непериодические импульсные вариации и магнитные бури. Магнитные бури бывают разной интенсивности - до 1000 нТл и более, чаще в северных и южных широтах. Они возникают спорадически и

проходят по всей земной поверхности либо одновременно, либо с запаздыванием на несколько часов. Продолжительность магнитных бурь колеблется от нескольких часов до нескольких суток. Намечается четкая связь между интенсивностью магнитных бурь и солнечной активностью. В годы максимумов

солнечной активности, период которых около 11 лет, наблюдается наибольшее число бурь. Магнитные бури зависят от возмущений в ионосфере, которые, в свою очередь, связаны со вспышками на Солнце и приходом на Землю корпускулярных потоков. Магнитным бурям сопутствуют полярные сияния, ухудшение радиосвязи, возникновения магнитотеллурических полей.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Плазмосфера, «Солнечный ветер»

•Заметное влияние на магнитное поле на поверхности Земли оказывают токи в ионосфере. Эта область верхней атмосферы, простирающаяся от высот порядка 50 км и выше, содержит

большое количество ионов. Плазма удерживается магнитным полем Земли, но ее состояние определяется взаимодействием магнитного поля Земли с солнечным ветром, чем и объясняется связь магнитных бурь на Земле с солнечными вспышками.

•На небольшом удалении от поверхности Земли, порядка трёх её радиусов, магнитные силовые линии имеют диполеподобное расположение. Эта область называется плазмосферой Земли.

•По мере удаления от поверхности Земли усиливается воздействие «солнечного ветра»: со стороны Солнца геомагнитное поле сжимается, а с противоположной, ночной стороны, оно вытягивается в длинный хвост.

Магнитная восприимчивость горных пород и руд.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

•Способность материалов и горных пород намагничиваться характеризуется магнитной восприимчивостью (κ) - основным магнитным свойством горных пород.

•В системе Си это безразмерная величина. Практически ее измеряют в 10-5 ед. Си. У разных

горных пород она меняется от 0 до 10 ед. Си. По магнитным свойствам минералы и горные породы делятся на три группы: диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные. У диамагнитных пород магнитная восприимчивость очень мала (менее 10-5 ед. Си) и

отрицательна, их намагничение направлено против намагничивающего поля. К диамагнитным относятся многие минералы и горные породы, например, кварц, каменная соль, мрамор, нефть, лед, графит, золото, серебро, свинец, медь и др.

•У парамагнитных пород магнитная восприимчивость положительна и также невелика. К парамагнитным относится большинство минералов, осадочных, метаморфических и изверженных пород.

•Особенно большими (до нескольких миллионов 10-5 ед. Си) обладают ферромагнитные

минералы, к которым относятся магнетит, титаномагнетит, ильменит, пирротин.

•Магнитная восприимчивость большинства горных пород определяется прежде всего

присутствием и процентным содержанием ферромагнитных минералов.

•Среди изверженных пород наибольшей магнитной восприимчивостью обладают ультраосновные и основные породы, слабо магнитны и магнитны кислые породы. У метаморфических пород магнитная восприимчивость ниже, чем у изверженных. Осадочные породы, за исключением некоторых песчаников и глин, практически немагнитны.

vk.com/club152685050Магнитная| vk.com/id446425943восприимчивость горных пород и руд.

•Магнитную восприимчивость измеряют как на образцах горных пород, так и в естественном залегании. С помощью каппометров измеряются магнитные свойства образцов произвольной формы. Число образцов одной породы должно составлять несколько десятков, чтобы результаты были статистически обоснованы.

•Магнитная восприимчивость пара- и ферромагнетиков уменьшается с

повышением температуры и практически исчезает при температуре Кюри, которая у разных минералов меняется от +400 до +700С. Максимальная глубинность магниторазведки примерно составляет 25 - 50 км. На больших

глубинах температуры недр превышают точку Кюри, и все залегающие здесь породы становятся практически одинаково немагнитными.

•vk.com/club152685050При подъеме температуры| vk.com/id446425943

колебания зерен (или Точка Кюри доменов) возрастают, увеличивается возможность разрушения стен между доменами или разворота направления их намагничения. – «блокирующая температура»;

•При дальнейшем нагревании до точки Кюри атомарные магниты теряют связь друг с другом и свойство самопроизвольной намагниченности (св-во

ферромагнетика) исчезают – м-л становится

парамагнетиком.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Намагниченность горных пород и руд.

•Региональные и локальные магнитные аномалии зависят от интенсивности намагничения пород как современным (индуцированная намагниченность ), так и древним (остаточная намагниченность ) магнитными полями, т.е. это векторная сумма .

•Образец несет в себе информацию о современном поле и о той намагниченности, которая существовала в момент образования породы и сложным образомменялась до настоящего времени. Ее называют остаточной (Jr).

Остаточная намагниченность пород и руд.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

•При остывании расплавленных минералов и горных пород и переходе их температуры через точку Кюри они намагничиваются окружающим магнитным полем, приобретая начальную остаточную намагниченность. Очень большая намагниченность - у быстро охлаждавшихся

излившихся изверженных пород типа базальтов. В породах, подвергшихся термальному метаморфизму – средние значения. Остальные породы слабо намагничены. Основным

фактором, увеличивающим намагниченность пород, является наличие в них хотя бы малых концентраций ферромагнетиков.

•У изверженных пород остаточная намагниченность возникает в ходе их охлаждения (перехода через точку Кюри), т.е. имеет кристаллизационную (химическую) природу. У осадочных пород она седиментационная. В ходе осаждения в водоемах твердые частицы намагничивались и сохранили в консолидированных осадочных породах эту относительно стабильную ориентированную остаточную намагниченность.

•Остаточную намагниченность измеряют на образцах горных пород кубической или цилиндрической формы с размером 2 - 5 см, строго ориентированных в пространстве. Для

этого, выбирая образец, его "привязывают" к горизонту, т.е. ставят на нем метки (х,у) по компасу и (Z) - по отвесу. Для измерения используются астатические или так называемые сверхпроводящие СКВИД-магнитометры.

•Методика измерений основана на представлении о том, что каждый образец является магнитным. Поэтому, измеряя три магнитные составляющие поля такого магнита на нескольких расстояниях от его центра, можно получить избыточную систему уравнений для расчета (за принимается среднее магнитное поле района расположения лаборатории). С помощью специальных приемов проводится определение первичной намагниченности во время образования породы и исключения вторичных перемагничиваний за время ее жизни.

Палеомагнетизм

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

• ПАЛЕОМАГНЕТИЗМ – изучение и практическое применение древней намагниченности: -изучение движения континентов, - изучение деформаций пород.

Многие породы сохраняют намагниченность, приобретенную во время их формирования.

Например, лава намагничивается при остывании по направлению существовавшего на тот момент магнитного поля.

•Из скважин (или с поверхности) отбирают ориентированный керн (образец). В лаборатории из образцов вырезают маленькие цилиндры и на магнитометре устанавливают направление намагниченности. Часто используется вращательный принцип измерения. Цилиндр раскручивается, наводя ток в катушке. Измерения проводят в трех перпендикулярных направлениях. Сопоставление этих данных дает направление намагниченности.

•Намагниченность пород позволяет оценить ее прошлую широту (по наклонению), но не долготу.

•Когда мы имеем много измерений и оперируем с априорной геологической информацией (например раскол суперконтинента и заложение Атлантики в триасе) можно получить оценки и долготы.

•Направление магнитного поля изменяется во времени (инверсия полюсов).

МАГНИТОСТРАТИГРАФИЯ – датирование геологических пород с использованием изучения направления их намагниченности.

Магнитные свойства пород и руд частично определяются историей их формирования. Благодаря этому магнетизм используется для изучения:

-источников осадков,

-интенсивности эрозии,

-присутствия в разрезе вулканических компонент.