Палеонапряженность геомагнитного поля по базальтам
прикрытых осадками мощностью 0.5–1 м. Сайт №74 был расположен на большом удалении от оси хребта (рис. 1). Возраст образца базальта, отобран- ного с этого сайта, по данным анализа линейных магнитных аномалий и ско- рости спрединга [Богданов, 1983] оценивается в 1.9 млн лет, т. е. относится к эпохе обратной полярности геомагнитного поля (эпоха Матуяма) [Gradstein, 2012]. Всего было исследовано более 80 образцов.
Результаты. NRM базальтов колебалась в пределах 20–100 А/м, магнит- ная восприимчивость k = 2.0–27.8×10−3 ед. СИ. Наблюдался значительный разброс естественных характеристик по образцам как внутри сайта, так и по образцам, принадлежащим разным сайтам. Выявлена высокая корреляция между параметром Qn и коэрцитивной силой (Нс) (рис. 2), что свидетельству- ет о том, что NRM исследованных образцов определяется, в основном, маг- нитной жесткостью ферримагнитных зёрен. Температура Кюри базальтов, определенная по зависимостям k(T) и намагниченности I(T) в поле 0.24 Тл, колеблется в пределах 200–320 °C. Учитывая небольшой разброс температу- ры Кюри, можно предположить, что разброс NRM в основном обусловлен разницей в размерах зёрен и определяется, следовательно, скоростью охла- ждения базальта. Структура ферримагнитных зёрен согласно критерию Дея [Day, 1977], соответствует состоянию близкому к однодоменному (рис. 2), следовательно, для определения палеонапряженности геомагнитного поля может быть использован метод Телье [Coe, 1978].
При определении палеонапряженности по остаточной намагниченности горных пород прежде всего решается задача оценки сохранности первичной термоостаточной намагниченности (TRM). Причиной потери палеоинформа- тивности NRM океанических базальтов является однофазное окисление тита- номагнетита. Было установлено, что титаномагнетит большинства образцов базальтов имеет стехиометрический состав и не претерпел минералогических изменений со времени своего образования. Об этом свидетельствует совпа- дение в пределах погрешности значений Тс, определенных по k(T) по кривой нагрева в среде аргона и по кривой охлаждения (рис. 3а). Следовательно, первичная TRM имеет высокую степень палеоинформативности. На образце базальта из сайта 66/4 были обнаружены признаки однофазного окисления титаномагнетита. После нагрева образцов в среде аргона до 600 °C Тс умень- шалась с 430 °C до 300 °C. Низкое значение Qn = 73 при довольно высокой коэрцитивной силе Нс = 40 млТл для образцов из этого сайта (рис. 2б) свиде- тельствует о том, что первичная TRM базальта с сайта 66/4 частично разру- шилась, следовательно, NRM может обладать низкой палеоинформативно- стью.
Для получения качественных результатов определения палеонапряженно- сти нагревными методами необходимо оценивать термостабильность маг- нитного минерала – носителя NRM. Зависимости k(T) и I(T) показывают, что титаномагнетит большей части исследованных образцов базальтов при нагревах на воздухе термостабилен до Т = 300–340 °C, при нагревах в аргоне – до 600 °C (рис. 3б).
(а)
(б)
Рис. 2. Диаграмма Дея (а) и соотношение между параметром Кёнигсбергера и коэрци- тивной силой образцов (б).
(а)
(б)
Рис. 3. Термомагнитный анализ: (а) температурная зависимость восприимчивости в аргоне, (б) – циклические нагревы в поле 0.24 Тл в воздухе.
Результаты термомагнитного анализа, а также Телье-эксперименты пока- зывают, что для рассчета Ндр можно использовать при нагревах в воздухе только 50–60% NRM, в то время как при нагревах в среде аргона – 70–80%
NRM. Результаты определения Ндр при нагревах в воздухе и аргоне отлича- ются не более, чем на 10%, однако качество определения Ндр при нагреве в воздухе получилось в 1.5–2 раза хуже, чем при нагреве в аргоне. Вследствие этого большая часть Телье-экспериментов проводилась в аргоне. Из 20 опре- делений в 19-ти получены результаты, удовлетворяющие современным кри- териям качества. Результат Ндр = 17.7 2.0 А/м, полученный на образце с сайта 67, был забракован, так как имел низкий коэффициент качества q = 1.
На остальных образцах были получены величины палеонапряженности в
пределах от Ндр = 23.5 0.1 А/м до 61.3 1.4 А/м с коэффициентом качества q = 14÷55. Большая часть определений лежит в интервале 39.8÷53.8 А/м (рис.
5а). Среднее значение палеонапряженности, рассчитанное по образцам 59, 61, 62, 66/1, 68, 70, 71,72/8 равно Ндрср = 48.2 А/м.
Рис. 4. Пример диаграмм Араи-Нагата и Зийдервельда в Телье-экспериментах (полые кружки – данные chek-point).
VADM = 12.2·1022 А/м, рассчитанный по формуле VADM = Ндрср·VDM2015/HIGRF12, где VDM2015 = 7.72·1022 А·м2 – дипольный магнитный момент для эпохи 2015 года, HIGRF12 = 30.7 А/м (величина магнит- ного поля в районе отбора образцов Красного моря, рассчитанная по модели IGRF12), оказался примерно на 8% выше максимального магнитного поля в Голоцене 2.5–2.8 тыс лет назад [McElhinny, Senanayake, 1982]. Можно сде- лать вывод, что базальты из выше отмеченных сайтов, находящихся вблизи осевой зоны, могли образоваться 2.5–2.8 тыс лет назад.
На образцах из сайта 66/4, находящегося в северной части полигона (рис.
1), получились довольно низкие значения палеонапряженности Ндр = 23.5 0.1 А/м при высоком коэффициенте качества q = 51. Вероятно, этот результат нельзя считать достаточно надежным, так как на этом базальте были обнаружены признаки однофазного окисления титаномагнетита.
На образцах с сайта 53/4 палеонапряженность Ндр = 32.4 0.6 А/м оказа- лась достаточно близка к HIGRF12 = 30.7 А/м. Как видно из Рисунка 1, сайт 53/4 находится на некотором удалении от оси хребта, где согласно [Богданов, 1983] базальты были прикрыты осадками толщиной 0.5–1 м. Исходя из этого и меньшей величины палеонапряженности возраст базальта из сайта 53/4 может быть оценен в 5 тыс. лет или 8–9 тыс. лет (см. рис. 5б). Более одно- значный вывод сделать нельзя из-за низкой скорости спрединга. На образцах 72/2 и 57 получены при высоком коэффициенте качества q = 26 и 36 очень высокие значения палеонапряженности (61.3–74 А/м). Это более, чем в два раза выше, чем современное магнитное поле в районе отбора по модели IGRF12. Причина столь высоких величин палеонапряженности пока неясна.
Возможно, эти определения ошибочны и обусловлены какими-то физически- ми причинами и несовершенством метода Телье. Однако, если ориентиро- ваться на принятые в настоящее время критерии качества, то эти результаты определения Ндр следует считать надежными. В пользу надежности этих определений также свидетельствует факт, что Qn этих образцов хорошо укла- дывается в тренд зависимости Qn(Нс) (рис. 2), который свидетельствует о термоостаточной природе NRM. Вероятно, прямую пропорциональность за- висимости Qn(Нс) можно использовать как дополнительный критерий оценки сохранности первичной термоостаточной намагниченности изверженных горных пород. Основываясь на этих данных можно сделать вывод, что в рай- оне Красного моря кратковременно была высокая интенсивность магнитного поля в Голоцене.
Величина палеонапряженности Ндр = 44.5 А/м (VADM = 11.2×1022 А·м2), определенная по базальтам сайта 74 возрастом 1.9 млн лет также оказалась больше современного магнитного поля (в 1.45 раза).
(а)
(б)
Рис. 5. Палеонапряженность геомагнитного поля, полученная по образцам базальтов Красного моря (а), и сравнение с вариациями геомагнитного поля в Голоцене [McElhinny, Senanayake, 1982] (б)
Литература
1. Ю.А. Богданов, Е.В. Жулева, Л.П. Зоненшайн и др. Атлас подводных фотографий Красноморского рифта. М.: Наука, 1983, с. 12–27.
2. Курочкина Е.С. Сравнительный анализ магнитных свойств базальтов Красного мо- ря и других рифтовых зон. // Вестник Московского университета. Сер Физика. Аст- рономия. 2007, №5, с.303–307.
3. Coe R.S., Gromme C.S., and Mankinen E.A. Geomagnetic paleointensities from radio- carbon-dated lava flows on Hawaii and the question of the Pacific nondipole low, J. Ge- ophys. Res., 1978, vol. 83, no. B4, pp. 1740–1756.
4. R. Day, M. Fuller, V.A. Schmidt Hysteresis properties of titanomagnetites: Grain-size and compositional dependence, Physics of the Earth and Planetary Interiors, Volume 13, Issue 4, 1977, Pages 260–267.
5. Gradstein F.M, OggJ.G.,Schmitz M.D., Ogg G.M. The Geologic time scale 2012,P.88 6. McElhinny, M., Senanayake, W. Variations in the geomagnetic dipole. I - The past
50,000 years. Journal of Geomagnetism and Geoelectricity. 1982, V 34.
10.5636/jgg.34.39.