3.2.3. Палеомагнетизм и археомагнетизм
Характеристику геомагнитного поля изучают непосредственными наблюдениями в течение относительно короткого периода времени, около 400 лет. Для выяснения его характеристики в далеком прошлом выполняют археомагнитные и палеомагнитные исследования. Те и другие основаны на определении величины и направления вектора первоначальной естественной остаточной намагниченности Jпо .
В том и другом случае используется способность изучаемых объектов "запоминать" величину и направление вектора древнего магнитного поля. Исследования начаты в 40-х годах XX века.
При археомагнитных исследованиях изучают Jпо предметов материальной культуры, например, керамических изделий и кирпичей или у древних кострищ. Эти объекты при обжиге приобрели намагниченность, обусловленную действием на них существовавшего в то время геомагнитного поля, и в какой-то мере сохранили ее до настоящего времени. По направлению вектора Jпо можно получить представление о древнем поле.
Данные археомагнитных исследований совместно с палеомагнитными широко используются при выяснении характеристики вековых вариаций, рассмотренных выше.
При палеомагнитных исследованиях определяют первоначальную намагниченность различных горных пород. Первоначальная намагниченность пород во многих случаях оказывается более интенсивной (в десятки раз) и более устойчивой. Часть пород обладает повышенной "магнитной памятью" и сохраняет эту намагниченность до наших дней. При проведении палеомагнитных исследований допускают, что главное магнитное поле Земли всегда было дипольным и что среднее направление магнитной оси диполя за период порядка 10000 лет совпадало с осью вращения Земли. Предполагают, что породы намагничивались по полю. При этих условиях по намагниченности пород можно определять направление древнего меридиана и магнитную широту точки отбора образца. Имея эти данные, можно легко установить положение древнего магнитного полюса.
Палеомагнитные исследования стали особенно широко применять после установления естественной остаточной намагниченности у многих осадочных пород, считавшихся до этого практически немагнитными.
Несмотря на то, что исходные положения палеомагнетизма не являются бесспорными, накопленный материал уже сейчас позволяет вскрыть очень интересные, часто совершенно неожиданные факты и доказывает целесообразность проведения дальнейших исследований.
При проведении палеомагнитных исследований отбирают образцы горных пород с фиксированной ориентировкой их по отношению к вертикали и меридиану. В лаборатории производят магнитную "чистку" образцов с тем, чтобы снять более позднюю намагниченность. Оставшуюся наиболее устойчивую намагниченность принимают за первоначальную и определяют величину и направление Jпо. Определяют или уточняют время образования или геологический возраст породы. По направлению Jпо определяют координаты полюсов геомагнитного поля, существовавшего во время формирования породы. Эти полюсы древнего поля называют папеомагнитными, или виртуальными. Такие исследования выполняют с образцами разного возраста. Строят кривые миграции, или дрейфа виртуального полюса, с течением геологического времени.
Выяснилось, что кривые дрейфа полюсов, построенные по образцам пород, отобранным на территории одного и того же материка, имеют плавный вид, что свидетельствует о закономерном перемещении полюсов. Точки таких кривых, установленные по образцам молодых пород, расположены вблизи современных географических полюсов. Виртуальные полюсы древних времен оказались удаленными от современных географических полюсов на очень большие расстояния (до 30-50° большого круга).
Кривые дрейфа полюсов, построенные по образцам, взятым с разных материков, оказались резко различными (рис.3.12). Если допустить существование дрейфа континентов (по А.Вегенеру), то расхождение кривых резко уменьшится. Палеомагнитные данные о дрейфе континентов хорошо согласуются с палеогеографическими и палеоклиматическими.
Палеомагнитными исследованиями выявлена и другая очень важная особенность палеогеомагнитного поля, а именно многократные, относительно быстрые смены полярности его, названные инверсиями поля. При инверсии северный и южный полюсы Земли меняются местами, и вектор геомагнитного поля в любой точке Земли изменяет свое направление на 180°. Изменяется на 180° и направление вектора Jпо у пород, образовавшихся до и после инверсии.
Намагниченность, совпадающую с направлением современного поля, называют прямой, противоположную - обратной. Инверсии происходили в течение относительно короткого (в геологическом масштабе) промежутка времени, порядка 10000 лет.
Результаты палеомагнитных исследований уже сейчас широко используются в геологии.
Рис. 3.12. Кривые дрейфа "северного" виртуального полюса, построенные по образцам разных материков: 1 -Европы; 2 - Северной Америки; 3 -Австралии; 4 - Индии; 5 - Африки; S – силур; D - девон; Р - пермь; Т -триас; J - юра; К - мел; Р2 - эоцен: М – миоцен ( N1 )
Поскольку земное поле является единым для всей Земли, все одновозрастные породы приобретают одинаковую намагниченность - прямую или обратную. Границы, разделяющие породы с прямой и обратной намагниченностью, тоже являются едиными для всей Земли. В связи с этим открывается возможность расчленять по намагниченности толщи осадочных и вулканогенных пород и по положению виртуального полюса на кривой дрейфа определять их возраст. В настоящее время разрабатывается палеомагнитная геохронологическая шкала. Геологическое время на шкале разделено на магнитные эры, периоды и эпохи. Геомагнитной эпохой называют период времени, в течение которого преобладает прямая или обратная полярность. Кратковременные изменения полярности внутри эпохи называют эпизодами.