ПАЛЕОМАГНИТОЛОГИЯ

ПАЛЕОМАГНИТОЛОГИЯ

- учение о палеомагнетизме, <т. е. о магн. поле Земли в прошлые геологич. эпохи. Вместе с петромагнитологией, <изучающей магнетизм горных пород, П. возникла и развивается на стыке геологии, <геофизики, физики, химии.
П. рассматривает две задачи: прямую -изучение поведения в пространстве и времени древнего геомагн. поля (ГП) Н _др на основе информации о естеств. остаточной намагниченности М _п горных пород, а также исследование закономерностейзакрепления и сохранения данных о древнем ГП в М _п, иобратную - определение на основе палеомагн. данных условий образованияпород, уточнение геохронологии и стратиграфии (строения и эволюции Земли),решение ряда проблем структурной геологии, палеогеографии и т. д.
В основе П. лежат следующие три положения:1) вектор М _п горных пород пропорц. вектору ГП Н _др времени и места образования породы, т. е.

М _п = кН _др(1)

Выполнение равенства (1) позволяет по измереннымвеличине и направлению М _п вычислить величину и направлениедревнего ГП; 2) первичная остаточная намагниченность М _п сохраняется(хотя бы частично) в породе к моменту измерения и может быть выделена изсуммарной (многокомпонентной) М _п, при этом любая надёжнодатированная компонента М _п приобретает смысл первичной;3) осреднёиное за интервал времени более 10⁵ лет древнее ГПявляется дипольным (см. Земной магнетизм).
Образование стабильной остаточной намагниченностиМ _п, способной сохраниться в горных породах до наших дней, <определяется условиями (темп-рой, давлением, хим. реакциями и др.), прик-рых происходили кристаллизация минералов и формирование горных пород. <Наиб. информативна для П. термоостаточная намагниченность M_rt, к-рая образуется при охлаждении ферромагн. материала от темп-р . выше точки Кюри T _С до нек-рой темп-ры Т< Тс в пост. маги. поле. M_rt приобретают, напр., изверженныегорные породы при остывании продуктов извержения на поверхности Земли вГП места и времени извержения. В области малых полей, каковым являетсяи ГП, M_rt удовлетворяет соотношению (1) и зависит от интервалатемп-р, в к-ром она возникла. В практике палео- и петромагн. исследованийэтот интервал обычно соответствует интервалу от T _С докомнатной темп-ры.
Др. вид М _п, имеющийтакже большое значение в П., - ориентационная остаточная намагниченностьМ _rо, образующаяся при осаждении в пост. магн. поле взвешенныхв жидкости или газе свободно ориентирующихся ферромагн. частиц. Магн. моментыэтих частиц преим. ориентируются по направлению внеш. магн. поля. М _rо приобретаютосадочные горные породы, образованные в эпохи осадко-накоиления. В малыхполях М _rо также удовлетворяет зависимости (1), однакопалеомагн. исследованиями установлено, что М _rо частодаёт неверную информацию о направлении древнего ГП. Поэтому при палеомагн. <исследованиях осадочных горных пород необходимо учитывать влияние на М _rо процессовуплотнения частиц и переноса их течениями.
Нередко как изверженные, так и осадочныепороды могут частично или полностью терять первичную информацию о ГП, существовавшемво время их образования, в результате хим. и др. преобразований ферромагн. <минералов при нек-рой темп-ре ниже Т _с в более позднемГП. При этом образуется химическая остаточная намагниченность М _rc, свойствак-рой сложны и ещё до конца не изучены. В палеомагн. исследованиях М _rc зачастую выступает в роли вторичной, паразитной намагниченности, однаков нек-рых случаях она приобретает смысл первичной и сама несёт информациюо ГП и физ.-хим. условиях в эпоху её образования.
В качестве вторичной намагниченности вгорных породах почти всегда присутствует вязкая остаточная намагниченность M_rv, возникающая при длительном изотермич. воздействии пост. ГП в эпохипосле образования породы. Наиб. эффективным способом разрушения M_rv и устранения её влияния на первичную палеомагн. информацию являетсят. п. температурная чистка (нагрев и охлаждение в нулевом магн. поле до Т Т _с). Эксперименты показали, что M_rv пропорциональналогарифму времени действия поля. Знание временной зависимости M_rv позволяетиспользовать M_rv для оценки абсолютного возраста горныхпород.
Палеомагн. исследования включают три этапа:1) выбор объекта исследований - геологич. тела или неск. тел, оптимальноудовлетворяющих условиям поставленной задачи, определение их ориентациив древности и в наше время, отбор образцов слагающих эти тела пород; 2)выделение изсуммарной намагниченности М _п образца и определение еёприроды и степени сохранности (для ряда задач используются и др. компоненты М _п);3) измерение величины и направления
Конечная цель палеомагн. исследований- абсолютно достоверное определение модуля и направления ГП в точке отбора, <привязанное ко времени нек-рого геологич. события (прямая задача П.) -не всегда достижима, поскольку ещё нет надёжных способов однозначного определенияэлементов древнего ГП и датировки геологич. событий. Поэтому результатыпалеомагн. исследований характеризуются той или иной степенью надёжности(достоверности). Наиб. надёжный вывод П. заключается в том, что магн. полеЗемли в прошлом не оставалось постоянным ни по величине, ни по направлению, <причём за геологич. время неоднократно происходила смена полярности ГП(инверсии). Обнаружение и датировка геомагн. инверсий - одно из важнейшихдостижений П. Установлено, что инверсии, как правило, происходят на фонепониженной напряжённости ГП, при этом само поле, вероятно, имеет не дииольный, <а мультипольный характер. Продолжительность инверсий ~10⁴ -10⁵ лет. От рифея до кайнозоя обнаружено неск. сотен инверсии(рис. 1). Будучи явлением глобального масштаба, геомагн. инверсии используютсядля глобальной возрастной корреляции геологич. событий в истории Земли. <Явление геомагн. инверсий лежит в основе магнитостратиграфии, построениявременной шкалы изменений полярности ГП. Возникновение инверсий находитсвоё объяснение в теории генерации ГП (см. Гидромагпитное динамо). Необходимымусловием установления факта инверсии является обнаружение в разных регионахЗемли различных по генезису и составу, но одновозрастных пород с направленной противоположно ГП близлежащих эпох. Однако в нек-рых случаяхвозможно самообращение - самопроизвольное намагничивание горных пород противоположно направлениюнамагничивающего поля, что мешает выявлению инверсий. Самообращеппе связано со сложными физикохимическими процессами в ферромагнитных зёрнахгорных пород.
Наряду с инверсиями в истории ГП установленытакже кратковременные (менее 10⁴ лет) отклонения геомагн. полюсаот своего прямого или обратного положения на угол менее 180° (обычно 60⁰- 120⁰). Такие отклонения (экскурсы) изучены гораздо хуже инверсий, <поскольку выделение экскурсов чрезвычайно осложняется из-за их кратковременности.

Рис. 1. Магнитостратиграфическая шкаладонеогеновой части фанерозоя CCCР. Интервалы полярности: 1 - прямой, 2- обратный, 3 - частого чередования, 4 - неисследованные.

П. установила также, что в древние эпохиср. положения геомагн. полюсов на длит. отрезках времени значительно отличалисьот современных. Положения палеомагн. полюсов вычисляют, исходя из предположенияо дипольном характере ГП. Древний магн. меридиан находят по направлениюгоризонтальной составляющей положение древнего магн. полюса на этом меридиане определяют по ф-ле

где j- древняя геомагн. широта места отбора образцов, I - наклонение (угол между и горизонтальной плоскостью). Согласно теории гидромагн. динамо, положениегеомагн. полюса прибл. совпадает с положением географич, полюса. Поэтомуизменение положения древнего геомагн. полюса связывают с перемещением континентов. <Собств. движения палеомагн. полюса, по имеющимся немногочисл. данным, непревышают 7°. По найденным для разных континентов кажущимся траекториямдвижения палеомагн. полюсов осуществляют палеотектонич. реконструкции, <т. е. определение относит, и абс. перемещений континентов и литосферныхблоков, а также оценивают возраст горных пород.
К важным достижениям П. относится открытиепериодич. изменений древнего ГП - палеовековых вариаций, обладающих дискретными устойчивым во времени спектром. Выделены след, периоды вековых вариаций:1,5х10⁵; 9х10³; 3х10³;2х10³;1,2х10³;900, 600, 350, 180, 120, 60, 20 лет (значения примерные). Знание спектрапалеовековых вариаций позволяет осуществлять возрастную корреляцию геологич. <образований в пределах зон одинаковой геомагн. полярности. Амплитуда вековыхвариаций в древние эпохи не отличалась от амплитуды совр. вариаций и резкоувеличивалась в эпохи, близкие к инверсиям. В разные эпохи наблюдался какзападный, так и восточный дрейф ГП.
Величину напряжённости Н _др древнего ГП определить гораздо сложнее, чем направление, поскольку значениенамагниченности сохраняется хуже, чем её направление. При определении Н _др на основании (1) сравнивается величина М _п горной породы(или одной из её компонент) с искусственно созданными на том же материалевеличинами остаточных намагниченностей (M_rl, М _rо идр.) в известном магн. поле. При этом считается, что величина и стабильностьнамагниченности не зависят от длительности её образования. В П. существуетболее 10 методов оценки Н _др, многие из к-рых ещё далеконе совершенны. Поэтому часто наблюдается несоответствие палеомагн. данныхо величине Н _др, полученных разными методами, особеннодля древних эпох (рис. 2). Наиб. достоверно установлены вариациипалео напряжённости с периодом ок. 10⁴ лет.

Рис. 2. Изменения напряжённости древнегогеомагнитного поля за последние 400 млн. лет (по данным разных авторов).

Для извлечения палеомагн. информации вП. стали оперировать не просто вектором М _п, а совокупностьюмагн. свойств образца горной породы, наз. магнитным состоянием, в к-руювектор М _п входит как гл. составная часть. В П. магн. <состояние является источником информации не только о древнем ГП, но и обусловиях образования и последующего преобразования ферромагн. минералови горных пород. Формирование устойчивого магн. состояния горных пород происходитпод воздействием не только ГП, но и др. воздействий, напр. давления и темп-ры. <Используя "память" магн. состояния об условиях своего образования и последующихвнеш. воздействии, удалось существенно расширить информативность методовП. В П. уже существуют простые и быстрые способы оценки темп-ры кристаллизации, <перекристаллизации, намагничивания, вторичного прогрева минералов по ихестеств. магн. состоянию (магнитные геотермометры). Что касается магн. <геобарометров, определяющих воздействие давления на магн. состояние, тоони пока не нашли должного развития в П.
Магн. "память" - это лишь часть физ. памятиминералов, и изучение её целесообразно проводить в комплексе с др. видами"памяти" (электрич., механич., хим. и др.). Использование в П. других (немагнитных)видов "памяти" позволило бы существенно повысить достоверность палеомагн. <данных.

Лит.:1) Большаков А. С., СолодовниковГ. М., Напряженность геомагнитного поля в последние 400 млн. лет, "ДАНСССР", 1981, т. 260, № 6, с. 1340; 2) Борисова Г. П., Шолпо Л. Е., О возможностистатистических оценок палеонапряженности геомагнитного поля, "Изв. АН СССР. <Физика Земли", 1985, № 7, с. 71; 3) Брагинский С. И., Геомагнитное динамо, <там же, 1978, № 9, с. 74; 4) Петрова Г. Н., Лабораторные методы при палеомагнитныхисследованиях, "Геомагнитные исследования", 1977, № 19, с. 40; 5) ПечерскийД. М., Петромагнетизм и палеомагнетизм, М., 1985; 6) Палеомагнитология, <Л., 1982; 7) Яновский Б. М., Земной магнетизм, Л., 1978; 8) Smith P. J.,Ancient geomagnetic field intensities..., "Geophys. J. Roy. Astron. Soc.",1968, v. 16, p. 457; 9) Коnо М., Intensities of the Earth's magnetic fieldabout 60 m. y. ago determined from the Deccan trap basalts, India, "J.Geophys. Res.", 1974, v. 79, № 8, p. 1135.

Г. П. Марков.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.