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岩石磁学演绎 第17章 pTRM检验真的管用吗? 精选

已有 1662 次阅读 2020-2-19 09:22 |系统分类:科研笔记

       根据以上讨论,各种影响因素排名最靠前的就是PSD/MD颗粒以及矿物转化的影响。

前人研究主要利用pTRM检验来核实到底有没有矿物转化的影响。pTRM检验的最大特点在于实验流程简单,不需要太多额外的辅助实验就可以完成。pTRM检验主要是在检查新矿物的TB分布。

一般情况下,新生成的磁性矿物会有很宽泛的TB,也就是在高温和低温都有分布。比如,我们在300-400°之间加热时,新生成矿物的TB如果有低于300°的,那么我们在做200-300° TRM检测时,就能发现确实存在矿物变化了。而且第二次的pTRM200°300°)会比第一次的值要高。

可是问题在于,如果新生成的磁性矿物TB比较高,都大于400°,这个问题就比较麻烦了。对于这种情况,我们再回头检测pTRM200°300°)时,就会发现没有新矿物出现,pTRM检测通过!

但是,新生成的矿物已经存在,像病毒一样潜伏在高温段。只要我们的实验一来到高温段,它们就会发作,使得新获得的实验室pTRM值偏高,从而Arai-plot的高温段斜率变小,估算出来的地磁场古强度就会偏低。

如果高于当前加热温度,pTRM检测无法胜任。

还有一种情况,更让人揪心。我们一直依赖的Arai-plot线性度也不完全可靠。如果没有矿物转化,SDArai-plot肯定是一条笔直的斜线。可是,如果矿物转化是随着温度升高逐渐进行的,这会使得直线整体发生偏转,同时保持很好的线性度,这种情况测量出来的古强度值会偏低。

另外一种情况是,原生磁性矿物被逐渐高温氧化,比如磁铁矿被逐渐氧化为磁赤铁矿,其Ms逐渐降低,相应的pTRM也会降低。这种影响会使得斜线向下偏转,斜率增大,从而高估地磁场古强度值。

这些情况我们很容易用现今喷发的熔岩流进行验证。对于过去几十年中喷发的熔岩流,我们确切知道它的发生时间以及地点,当然也就知道了已知的地磁场强度值。我们应用Thellier方法和pTRM检测来确定岩石记录的古地磁强度值,然后和已知值一对比,就知道很多样品并不能记录准确的强度值。

此时,我们就可以把古强度温度问题变为一个岩石磁学问题,我们需要回答这些通过了pTRM检验的样品为什么不能记录准确的强度值,能否通过这些样品提出新的判别标准,这可是一个非常前沿的科学问题。如果我们借此能够提出新标准,那么就可以自信地去研究地质历史时期中的岩石,构建地磁场古强度演化曲线,进而探讨地球深部的动力学过程。

比如,在检测加热过程中新生成的矿物时,pTRM检测方法不总是很准,那么我们就得另外想办法。如果我们在实验过程中,单独准备一套样品(碎样边角料也可以),和古地磁样品同时加热,然后在室温测量其磁性变化,这些磁性包括磁化率、饱和等温剩磁以及非粘滞剩磁等等。如果有新矿物生成,无论其TB是什么样的分布,室温参数都能把它们检测出来。当然,从实验角度来讲,会比pTRM检测复杂一些,多了一些实验成本,但是准确度大增。

SD颗粒符合尼尔理论,是记录古地磁信息的良好载体。实践证明,PSD颗粒也是古地磁的良好载体,但是其Arai-plot不是一条直线,不好拟合。在加热过程中,SD颗粒由于粒径小,反而容易受到氧化作用,被改造。而PSD颗粒角度,可以较好地承受加热改造,性质反而更稳定。

这里面就出现了一个情况,如果样品确实是PSD颗粒占主导,该怎么去确定地磁场古强度呢?

我们可以取两块平行样品,其中一块在实验室中获得TRM,与另外一块携带天然剩磁的样品一起做Thellier-Thellier实验,这样就获得了两条Arai-plot曲线。然后我们把天然剩磁的曲线用实验室TRM的曲线进行归一化,这样就会得到一条较为笔直的Arai-plot行为,经过证实,其斜率就可用来计算地磁场古强度。

除了以上的各种处理,当属John Tarduno教授的独门绝技最为特别。他发现大部分的加热改造行为都和样品的基质(Matrix)有关。于是,他就发明了单晶技术,把火山岩里结晶的大颗粒单晶挑选出来,进行古强度实验。这些单晶体积不大,于是他就把超导磁力仪的磁探头缩小,提高了测量精度。所以,目前全世界的古地磁实验室,只有Tarduno教授拥有这样的小磁探头超导磁力仪,也只有他的实验室能够进行单晶实验。

拥有了这项神奇的技术,Tarduno教授的实验室成果颇丰,得出了与以往不大相同的结论。

比如,对白垩纪超静磁(CNS)的地磁场古强度研究中,前人一般认为地磁场强度很低。Lisa Tauxe教授还专门挑选了海底玄武岩表层玻璃(含有大量SD颗粒)进行测量,也得出CNS期间地磁场古强度是低的。Tarduno教授利用单晶测量,发现CNS期间地磁场古强度应该是高的,于是就产生了一定的观点分歧。

大家会问刘老师你的观点如何?

如前所述,我们的学科组目前正在进行详细的岩石磁学实验,研究近期熔岩流记录地磁场强度的能力及判别标准,然后再对这些古老的岩石重新进行测量。

除此之外,我们也另辟新径,用多介质相互验证的方式来进行研究。

除了喷发出来的熔岩流,海底洋壳也记录了统一时期的地磁场信息。沉积物通过沉积物剩磁(Depositional remanent magnetizationDRM)从另外一个角度记录了地磁场强度的相对变化。我们的整体思路是,同时研究者三种不同的介质,看看它们记录的强度变化特征是否一致。如果三种独立的方法都显示类似的变化特征,我们就可以自信地确定地磁场古强度的变化模式。




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