Paleomagnetism

Magnetränder är resultatet av omkastningar av jordens fält och havsbottenspridning. Ny oceanisk skorpa magnetiseras när den bildas och rör sig sedan bort från åsen i båda riktningarna. Modellerna visar en ås (a) för cirka 5 miljoner år sedan (b) för cirka 2 miljoner år sedan och (c) i nutid.

Paleomagnetism (ibland paleomagnetism ), är studiet av magnetiska fält registrerade i stenar, sediment eller arkeologiska material. Geofysiker som är specialiserade på paleomagnetism kallas paleomagnetister.

Vissa magnetiska mineraler i bergarter kan registrera riktningen och intensiteten av jordens magnetfält vid den tidpunkt då de bildades. Denna post ger information om det geomagnetiska fältets tidigare beteende och den tidigare placeringen av tektoniska plattor . Registreringen av geomagnetiska omkastningar bevarade i vulkaniska och sedimentära bergarter ( magnetostratigrafi ) ger en tidsskala som används som ett geokronologiskt verktyg.

Bevis från paleomagnetism ledde till återupplivandet av hypotesen om kontinentaldrift och dess omvandling till den moderna teorin om plattektonik . Uppenbara polarvandringsvägar gav de första tydliga geofysiska bevisen för kontinentaldrift, medan marina magnetiska anomalier gjorde detsamma för havsbottenspridning . Paleomagnetiska data fortsätter att förlänga plattektonikens historia bakåt i tiden, vilket begränsar den antika positionen och rörelsen av kontinenter och kontinentala fragment ( terraner ).

Fältet av paleomagnetism omfattar också likvärdiga mätningar av prover från andra solsystemkroppar, såsom månstenar och meteoriter , där det används för att undersöka de antika magnetfälten hos dessa kroppar och dynamoteorin . Paleomagnetism förlitar sig på utvecklingar i stenmagnetism och överlappar med biomagnetism , magnetiska tyger (använda som spänningsindikatorer i stenar och jordar) och miljömagnetism .

Historia

Huvudartikel: History of geomagnetism

Redan på 1700-talet märkte man att kompassnålar avvek nära starkt magnetiserade hällar. År 1797 tillskrev Von Humboldt denna magnetisering till blixtnedslag (och blixtnedslag magnetiserar ofta ytstenar). Under 1800-talet visade studier av magnetiseringsriktningen i bergarter att några nya lavor magnetiserades parallellt med jordens magnetfält. Tidigt på 1900-talet visade arbeten av David, Brunhes och Mercanton att många stenar magnetiserades antiparallellt med fältet. Den japanske geofysikern Motonori Matuyama visade i slutet av 1920-talet att jordens magnetfält vände om i mitten av kvartären , en omkastning som nu kallas Brunhes-Matuyama-omkastningen .

Den brittiska fysikern PMS Blackett gav paleomagnetismen en stor impuls genom att uppfinna en känslig astatisk magnetometer 1956. Hans avsikt var att testa sin teori om att det geomagnetiska fältet var relaterat till jordens rotation, en teori som han till slut förkastade; men den astatiska magnetometern blev paleomagnetismens grundläggande verktyg och ledde till ett återupplivande av teorin om kontinentaldrift. Alfred Wegener föreslog först 1915 att kontinenter en gång hade sammanfogats och sedan dess flyttat isär. Även om han producerade ett överflöd av indicier, fick hans teori lite acceptans av två skäl: (1) ingen mekanism för kontinentaldrift var känd, och (2) det fanns inget sätt att rekonstruera kontinenternas rörelser över tiden. Keith Runcorn och Edward A. Irving konstruerade uppenbara polarvandringsleder för Europa och Nordamerika. Dessa kurvor divergerade, men skulle kunna förenas om man antog att kontinenterna hade varit i kontakt för upp till 200 miljoner år sedan. Detta gav det första tydliga geofysiska beviset för kontinentaldrift. Sedan 1963 Morley, Vine och Matthews att marina magnetiska anomalier gav bevis för havsbottenspridning .

Fält

Paleomagnetism studeras på ett antal skalor:

• Geomagnetisk sekulär variation är småskaliga förändringar i riktningen och intensiteten av jordens magnetfält. Den magnetiska nordpolen förskjuts ständigt i förhållande till jordens rotationsaxel. Magnetism är en vektor och därför studeras magnetfältsvariation genom paleoriktade mätningar av magnetisk deklination och magnetisk lutning och paleointensitetsmätningar.

Jordens magnetiska polaritet har vänt under de senaste 5 miljoner åren. Mörka områden representerar normal polaritet (samma som nuvarande fält); ljusområden representerar omvänd polaritet.

• Magnetostratigrafi använder polaritetsomkastningshistoriken för jordens magnetfält som registrerats i stenar för att bestämma åldern på dessa stenar. Omkastningar har inträffat med oregelbundna intervall genom jordens historia . Åldern och mönstret för dessa omkastningar är känd från studiet av havsbottnens spridningszoner och dateringen av vulkaniska bergarter.

Principer för remanent magnetisering

Studiet av paleomagnetism är möjligt eftersom järnhaltiga mineraler som magnetit kan registrera tidigare riktningar för jordens magnetfält. Magnetiska signaturer i bergarter kan registreras med flera olika mekanismer.

Termomanent magnetisering

Huvudartikel: Termoremanent magnetisering

Järn-titanoxidmineraler i basalt och andra magmatiska bergarter kan bevara riktningen för jordens magnetfält när stenarna svalnar genom Curie-temperaturerna hos dessa mineral. Curie-temperaturen för magnetit, en järnoxid i spinellgruppen , är cirka 580 °C, medan de flesta basalt och gabbro är fullständigt kristalliserade vid temperaturer under 900 °C. Därför roteras inte mineralkornen fysiskt för att anpassa sig till jordens fält, utan de kan snarare registrera orienteringen av det fältet. Den så bevarade posten kallas en termoremanent magnetisering (TRM). Eftersom komplexa oxidationsreaktioner kan inträffa när magmatiska bergarter svalnar efter kristallisering, registreras inte alltid orienteringen av jordens magnetiska fält korrekt, och det upprätthålls inte heller nödvändigtvis. Icke desto mindre har rekordet bevarats tillräckligt väl i basalter av havsskorpan för att ha varit avgörande för utvecklingen av teorier om havsbottnens spridning relaterad till plattektonik. TRM kan också spelas in i keramikugnar , härdar och brända Adobe-byggnader . Den disciplin som bygger på studiet av termoremanent magnetisering i arkeologiska material kallas arkeomagnetisk datering . Även om Māori-folket i Nya Zeeland inte tillverkar keramik, tillhandahåller deras 700- till 800 år gamla ångugnar, eller hangi , tillräckligt arkeomagnetiskt material.

Detrital remanent magnetisering

I en helt annan process kan magnetiska korn i sediment hamna i linje med magnetfältet under eller strax efter deponering; detta är känt som detrital remanent magnetization (DRM). Om magnetiseringen förvärvas när kornen avsätts, är resultatet en depositionsavsättningsremanent magnetisering (dDRM); om det förvärvas kort efter avsättning är det en post-depositional detrital remanent magnetisering (pDRM).

Kemisk remanent magnetisering

Se även: Kemisk remanent magnetisering

I en tredje process växer magnetiska korn under kemiska reaktioner och registrerar magnetfältets riktning vid tidpunkten för deras bildande. Fältet sägs registreras genom kemisk remanent magnetisering (CRM). En vanlig form av kemisk remanent magnetisering hålls av mineralet hematit , en annan järnoxid . Hematit bildas genom kemiska oxidationsreaktioner av andra mineraler i berget inklusive magnetit. Redbeds , clastic sedimentära stenar (som sandstenar ) är röda på grund av hematit som bildades under sedimentär diagenesis . CRM-signaturerna i redbeds kan vara ganska användbara och de är vanliga mål i magnetostratigrafistudier .

Isotermisk remanent magnetisering

Se även: Remanens

Remanens som förvärvas vid en fast temperatur kallas isotermisk remanent magnetisering (IRM) . Remanens av detta slag är inte användbart för paleomagnetism, men det kan förvärvas som ett resultat av blixtnedslag. Blixtinducerad remanent magnetisering kan särskiljas genom dess höga intensitet och snabba variation i riktning över skalor av centimeter.

IRM induceras ofta i borrkärnor av magnetfältet i stålkärncylindern. Denna förorening är i allmänhet parallell med cylindern, och det mesta av det kan avlägsnas genom att värma upp till cirka 400 ℃ eller avmagnetisera i ett litet växelfält.

I laboratoriet induceras IRM genom att applicera fält av olika styrkor och används för många ändamål inom bergmagnetism .

Viskös remanent magnetisering

Huvudartikel: Viskös remanent magnetisering

Viskös remanent magnetisering är remanens som förvärvas av ferromagnetiska material genom att sitta i ett magnetfält under en tid. I bergarter är denna remanens vanligtvis inriktad i riktning mot det moderna geomagnetiska fältet. Den del av en stens totala magnetisering som är en viskös remanent magnetisering är beroende av den magnetiska mineralogin.

Paleomagnetisk procedur

Samla prover på land

De äldsta stenarna på havsbotten är 200 mya – mycket unga jämfört med de äldsta kontinentala bergarterna, som är från 3,8 miljarder år sedan. För att samla in paleomagnetisk data som går över 200 mya, vänder sig forskare till magnetitbärande prover på land för att rekonstruera jordens gamla fältorientering.

Paleomagnetister, som många geologer, dras mot hällar eftersom berg av berg är exponerade. Vägavskärningar är en praktisk konstgjord källa till hällar.

"Och överallt, i överflöd längs denna halva mil av [vägavbrott], finns det små, prydligt kärnade hål ... verkar vara ett Hilton för gärdsmyg och lila martins."

Det finns två huvudmål med provtagning:

1. Hämta prover med exakt orientering, och
2. Minska statistisk osäkerhet.

Ett sätt att uppnå det första målet är att använda en bergborr som har ett rör tippat med diamantbitar. Borren skär ett cylindriskt utrymme runt någon sten. Detta kan vara rörigt – borren måste kylas med vatten, och resultatet är att lera spyr ut ur hålet. I detta utrymme sätts ett annat rör med kompass och inklinometer fäst. Dessa ger orienteringarna. Innan denna enhet tas bort, repas ett märke på provet. Efter att provet har brutits av kan märket förstärkas för tydlighetens skull.

Ansökningar

Paleomagnetiska bevis, både omkastningar och polarvandringsdata, var avgörande för att verifiera teorierna om kontinentaldrift och plattektonik på 1960- och 1970-talen. Vissa tillämpningar av paleomagnetiska bevis för att rekonstruera historier om terräng har fortsatt att väcka kontroverser. Paleomagnetiska bevis används också för att begränsa möjliga åldrar för bergarter och processer och i rekonstruktioner av deformationshistorien för delar av jordskorpan.

Omvänd magnetostratigrafi används ofta för att uppskatta åldern på platser som bär fossiler och homininrester . Omvänt, för ett fossil av känd ålder, kan paleomagnetiska data fixera latituden där fossilet lades ner. En sådan paleolatitude ger information om den geologiska miljön vid tidpunkten för deponering.

Paleomagnetiska studier kombineras med geokronologiska metoder för att bestämma absoluta åldrar för bergarter där det magnetiska rekordet finns bevarat. För magmatiska bergarter som basalt inkluderar de vanligaste metoderna kalium-argon och argon-argon geokronologi.

Se även

• Geofysik – Jordens fysik och dess närhet
• Magnetokemi – Studie av magnetiska egenskaper hos kemiska föreningar
• Paleoklimatologi – Studie av förändringar i forntida klimat
• Plattrekonstruktion – Process för att rekonstruera positionerna för tektoniska plattor i det geologiska förflutna
• Bergmagnetism – Studiet av magnetism i bergarter

Anteckningar och referenser

Källor

•   Dunlop, David J.; Özdemir, Özden (1997). Rock Magnetism: Fundamentals and Frontiers . Cambridge Univ. Tryck på . ISBN 0-521-32514-5 .
•   Glen, William (1982). The Road to Jaramillo: Critical Years of the Revolution in Earth Science . Stanford University Press . ISBN 0-8047-1119-4 .
•   McElhinny, Michael W.; McFadden, Phillip L. (2000). Paleomagnetism: Kontinenter och oceaner . Akademisk press . ISBN 0-12-483355-1 .
•   McPhee, John (1998). Den forna världens annaler . Farrar, Straus och Giroux . ISBN 0-374-10520-0 .
•   Tauxe, Lisa (1998). Paleomagnetiska principer och praxis . Kluwer . ISBN 0-7923-5258-0 .

Vidare läsning

•   Butler, Robert F. (1992). Paleomagnetism: Magnetic Domains to Geologiska Terranes . Blackwell . ISBN 0-86542-070-X . Arkiverad från originalet den 18 februari 1999.
•   Tauxe, Lisa (2010). Grunderna för paleomagnetism . University of California Press . ISBN 978-0-520-26031-3 .

externa länkar

• Geomagnetism & Paleomagnetism bakgrundsmaterial
• Paleomagnetisk data från NGDC / WDC Boulder
• Den stora magneten, jorden
• Paleomagnetisk databas vid Scripps Institution of Oceanography (MagIC)