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岩石磁学演绎 第18章:非磁滞剩磁ARM 精选

已有 1563 次阅读 2020-2-20 10:04 |系统分类:科研笔记

         上个世纪,当面对月球上带回的样品时,古地磁学家心里痒痒的,要是能确定样品记录的磁场强度信息,就可以研究月球的月核发电机演化历史,这会是非常大的科学成就!可是,想要精确地确定样品记录的古强度,需要加热样品,但是样品会发生热改变。

当年美国人送给中国极少量的月岩样品,只有小指尖那般大小,比金子贵重不知多少倍。想要烧这些月球岩石样品?门都没有!

既要研究这些珍贵的岩石,又不能烧,古地磁学家沉思,如何解决这个难题?于是,一个类比方案出台了,那就是在实验室的常温下让样品获得非磁滞剩磁ARMRimbert1959),它可以模拟TRM,并避免热处理对样品的影响。

可见ARM的提出是为了古地磁学研究。与天然剩磁不同,非磁滞剩磁(Anhysteresis remanent magnetization, ARM)是在实验室条件下获得的。随后,ARM在岩石磁学和环境磁学(Rock and Environmental Magnetism)领域被广泛应用。

获得ARM需要一个幅度逐渐衰减的交变场AF(一般<200 mT)中, 同时需要叠加一个较小的直流场(DC, 一般为几十mT)。这个直流场和地磁场同处一个量级,显而易见是为了模拟地磁场的影响。

ARMTRM到底有哪些类似的地方呢?

从实验设计来看,其中AF退磁过程可以类比于热退磁过程,DC场的作用与获得TRM的外加场作用相同。通过AF+DC过程,当交变退磁场的幅值衰减到零时, 样品会获得一个与DC场成正比的剩磁ARM

TRM一样,ARMDC场成正比,所以当DC场为零时,其实就是给样品的剩磁进行了系统的AF退磁,所以ARM也就为零。这种行为就是非磁滞行为,所以把这种剩磁称之为非磁滞剩磁。

交变场(AF)可以被看成是一系列连续变化的直流场。AF的变化具有周期性,其振幅随着时间逐渐衰减到零。当AF>0时,样品获得一个正向等温剩磁。在随后的半个周期AF<0时,样品会获得一个负向的等温剩磁。只要AF的频率足够高,在零场中, 样品最后获得的正向磁矩与反向磁矩大小相等, 相互抵消, 总磁矩为零, 从而达到退磁的状态。

根据尼尔理论,当存在外场H0时,沿着平行与反平行外场方向的弛豫时间值不再相等。

假定交变场和直流场分别为HAFHDC。在任意时刻,样品所受的外力为HAFHDC的矢量和                      这样,对在AF的正向期和反向期的弛豫时间,当外场为零时,弛豫时间相等。只要时间足够长,SD颗粒在平行与反平行于易磁化轴的方向具有同等的偏转概率,因而,最终在两个方向上的磁矩大小相等,方向相反,互相抵消。当存在一个向右的外场时,由于向右偏的弛豫时间偏大,这样更多SD颗粒的磁矩会沿着外场方向偏转 

通过重复以上的过程时,最终会沿着向右的方向有更多的颗粒偏转。当AF逐渐减小后, 由于存在能垒的作用下, 随意偏转的磁矩也越来越小,其影响可以忽略时,所对应的HAF就定义为剩磁的阻挡场(和热剩磁中的阻挡温度类似)。最终样品得到一个不为零的净磁矩, 也就是ARM。      

对于弱场 ARM与DC场呈正比。不同的研究人员会选择不同的DC场,造成ARM的值无法直接对比。为了消除DC场的影响,常常把ARMDC场归一化,得到ARM磁化率(cARM),其量纲和磁化率的一样, m3kg-1




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