암석 자석

Rock magnetism
진동 검체 자기계, 자기 이력 측정을 위해 널리 사용되는 도구.

암석 자력은 암석, 퇴적물, 토양의 자성을 연구하는 학문이다. 이 분야는 암석이 지구의 자기장을 어떻게 기록하는지를 이해하기 위한 엷은 자석의 필요성 때문에 생겨났다. 이 리모컨은 광물, 특히 자석 같은 강한 자성 광물들에 의해 운반된다. 리마넌스에 대한 이해는 고대의 자기장을 측정하는 방법을 개발하고 침전물 응집과 변성 같은 효과를 교정하는데 도움을 준다. 암석 자석법은 판구조론에 관한 중요한 정보를 제공하는 해양 자석 이상에서 독특한 줄무늬 패턴의 근원을 보다 상세하게 파악하기 위해 사용된다. 그들은 또한 화성의 강한 지각 자기뿐만 아니라 자석 조사에서 지상 자석 이상을 해석하는데도 사용된다.

강한 자기광물은 암석의 광물의 크기, 형태, 결함구조, 농도에 따라 달라지는 성질을 가지고 있다. 암석 자력은 자기 이력 측정, 온도 의존적 재역량 측정, 뫼스바우어 분광학, 강자성 공명 등 이러한 광물을 분석하기 위한 비파괴 방법을 제공한다. 이러한 방법으로 암석 자석학자들은 과거의 기후 변화와 인간이 광물학에 미치는 영향을 측정할 수 있다(환경자석 참조). 퇴적물에서는 자기적 리마넌스의 상당 부분이 자기성 박테리아에 의해 생성된 광물질에 의해 운반되기 때문에 암석 자석학자들이 생체자기학에 상당한 기여를 했다.

역사

20세기까지 지구의 분야(지자기학 및 엷은 자석학)와 자성 물질(특히 강자석학)에 대한 연구는 별도로 전개되었다.

암석 자력은 과학자들이 실험실에서 이 두 분야를 함께 가져왔을 때 시작되었다.[1] 코에니그스베르거(1938년), 텔리에(1938년), 나가타(1943)는 화성암에서의 리마인의 기원을 조사했다.[1] 암석과 고고학적 물질을 자기장에서 높은 온도로 가열함으로써, 그들은 그 물질들을 열자성 자기화(TRM)하게 했고, 그들은 이 자성의 성질을 조사하였다. 텔리에르는 일련의 조건(텔리에 법칙)을 개발하여, 만약 충족된다면, 텔리에-을 이용하여 고대 자기장의 강도를 결정할 수 있도록 하였다.셸리어 방식. 1949년 루이 네엘은 이러한 관측을 설명하는 이론을 개발하여, 텔리에 법칙이 특정 종류의 단일 도메인 자석에 의해 충족된다는 것을 보여주고, TRM의 차단 개념을 도입하였다.[2]

1950년대 광자기 작업이 대륙 표류 이론을 뒷받침했을 때,[3][4] 회의론자들은 바위가 지질학적 시대에 안정된 리마네이션을 가져올 수 있을지에 대해 재빨리 의문을 제기했다.[5] 암석 자석학자들은 암석들이 둘 이상의 리마넌스 성분, 어떤 부드러운 성분(쉽게 제거됨), 그리고 어떤 것들은 매우 안정적일 수 있다는 것을 보여줄 수 있었다. 안정적인 부분에 도달하기 위해, 그들은 시료를 가열하거나 교대장에 노출시킴으로써 시료를 "세척"하는 방법을 택했다. 그러나 이후의 사건들, 특히 북아메리카의 많은 암석들이 고생대에서 영구적으로 다시 자석화되었다는 인식은 [6]단 한 번의 청소 단계가 불충분하다는 것을 보여주었고, 구석기학자들은 일상적으로 단계적 탈자성을 이용하여 작은 조각으로 그 자석을 제거하기 시작했다.

기초

자기순서의 종류

광물이 바위의 총자력에 미치는 기여는 자석의 질서나 무질서의 종류에 따라 크게 달라진다. 자석 분해 광물(다이아마그넷과 파라마그넷)은 약한 자력을 기여하며, 리마인턴스가 없다. 암석 자력을 위해 더 중요한 미네랄은 적어도 일부 온도에서 자석 순서가 가능한 미네랄들이다. 이것들은 페로마그네틱스, 페리마그네틱스 그리고 특정한 종류의 안티페로마그네틱스 입니다. 이 광물들은 그 분야에 대한 훨씬 더 강한 반응을 가지고 있고, 재량권을 가질 수 있다.

직각성

직경은 모든 물질이 공유하는 자기반응이다. 적용된 자기장에 대응하여 전자가 전자가 전자를 전처리하고(Larmor percession 참조), 렌즈의 법칙에 의해 자기장으로부터 신체의 내부를 보호하는 작용을 한다. 따라서 생성된 순간은 필드와 반대방향이며 민감성은 음이다. 이 효과는 약하지만 온도와는 무관하다. 자기 반응만이 직경인 물질을 직경이라고 한다.

파라마그네틱스

파라마그네틱스는 전자 스핀의 회전으로 인해 자기장에 대한 약한 양성 반응이다. 철의 껍질 중 하나에 철이 손상되지 않은 전자를 포함하기 때문에 철을 함유하는 광물의 특정 종류에서 파라마그네틱이 발생한다(훈트의 법칙 참조). 어떤 것은 파라마그네틱으로 절대 영(0)까지 내려가고 그 민감도는 온도에 반비례한다(큐리의 법칙 참조). 어떤 것은 임계 온도 이하로 자기적으로 순서가 정해지고 그 온도가 가까워질수록 민감도는 증가한다(큐리- 참조).와이스 법(Weiss law.

강자성

페로마그네틱의 평행 회전 방향 도식.

집합적으로 강한 자성 물질을 흔히 페로마네트라고 부른다. 그러나 이러한 자성은 둘 이상의 자성질서의 결과로 발생할 수 있다. 엄밀한 의미에서 철자학은 이웃한 전자 스핀들이 교환 상호작용에 의해 정렬되는 자기 순서를 말한다. 전통적인 강자석은 철이다. 퀴리 온도라고 불리는 임계 온도 이하에서는 페로마네트는 자발적인 자성을 가지며 변화하는 자기장에 대한 반응에 이력(hysteresis)이 있다. 암석 자력에 있어서 가장 중요한 것은, 그들은 리마네이션을 가지고 있기 때문에, 지구의 들판을 기록할 수 있다.

철은 순수한 형태로 널리 발생하지 않는다. 보통 철산화물, 옥시하이드록사이드, 황화물에 통합된다. 이들 화합물에서 철 원자는 직접 교환할 수 있을 만큼 충분히 가깝지 않기 때문에 간접 교환이나 supereex 변경에 의해 결합된다. 그 결과 수정 격자는 서로 다른 순간을 가진 둘 이상의 하위 격자로 나뉘게 된다.[1]

강자성

강자석의 불균형 반팔렘 모멘트에 대한 도식.

페리마냥은 서로 대립하는 순간을 가진 두 개의 하위작전을 가지고 있다. 한 하위 라티스는 모멘트가 더 크기 때문에 그물 언밸런스가 있다. 자석 광물 중 가장 중요한 자석인 자석은 철자석이다. 페리마냥은 종종 페로마냥 행동하지만, 그들의 자발적 자기화의 온도 의존성은 상당히 다를 수 있다. 루이 네엘은 4가지 유형의 온도 의존성을 확인했는데, 그 중 하나는 자기화 반전을 수반한다. 해양자석 이상 논란에는 이런 현상이 한몫했다.

반자석학

반소립자석에서 회전 방향을 교대하는 도식.

안티피로마그네틱스는 페리마그네틱과 마찬가지로 대립하는 순간들이 있는 두 개의 하위작용을 가지고 있지만, 지금은 그 순간들이 규모 면에서 동일하다. 만약 그 순간들이 정확히 반대한다면, 자석은 순간성을 가지고 있지 않다. 그러나 순간은 기울어질 수 있으며(스핀 통조림) 그 결과 순간은 하위 순간의 순간과 거의 직각을 이루게 된다. 헤마이트에는 이런 종류의 자력이 있다.

자기광물학

주요기사 : 자기광물학

면죄부의 종류

자석적 리마넌스는 흔히 상온에서 자석을 장에 노출시킨 후 얻어지는 특정한 종류의 리마넌스와 동일시된다. 그러나 지구의 밭은 크지 않고, 이런 종류의 소강상태는 나중의 밭에 의해 약하고 쉽게 덮어쓰게 될 것이다. 암석 자력의 중심 부분은 자기장으로부터 얻은 암석의 자연적 재탄성 자화(NRM)와 실험실에서 유도된 재탄성으로서 자력 재탄성에 대한 연구다. 아래에는 중요한 자연재발과 인공적으로 유도된 종류가 열거되어 있다.

온도 자기화(TRM)

주요 기사: 열역자화

화성암은 식으면 지구의 밭에서 더 많은 자기화(TRM)를 얻는다. TRM은 상온에서 동일한 필드에 노출되는 경우보다 훨씬 클 수 있다(등온 리마인턴 참조). 이러한 고립은 또한 수백만 년 동안 큰 변화 없이 지속되는 매우 안정적일 수 있다. TRM은 고대의 지구영역의 방향과 크기를 추론할 수 있는 광자기학의 주요 원인이다.[7]

나중에 암석을 다시 가열할 경우(예: 매장 결과), TRM의 일부 또는 전체를 새로운 리마넌스로 대체할 수 있다. 만약 그것이 리머넌스의 일부에 지나지 않는다면, 부분 온도 자기화(pTRM)라고 알려져 있다. 리머넌스를 획득하는 다른 방법들을 모델링하는 수많은 실험들이 행해져 왔기 때문에, pTRM은 다른 의미를 가질 수 있다. 예를 들어, 영지에서 온도 큐리 온도 이하)로 냉각시켜 을 적용하고 T 2{\}에 냉각시킨후 나머지 방법을 영점 온도로 냉각시켜 실험실에서 획득할 수도 있다.

TRM의 표준 모델은 다음과 같다. 자석 같은 광물이 퀴리 온도 이하로 식으면 강자성이 되지만 즉시 리마넨스를 운반할 수 있는 것은 아니다. 대신 자기장의 변화에 역반응하는 초파라믹이다. 리마인이 가능하려면 자성을 안정적인 상태로 유지할 수 있을 만큼 강한 자성 음이소트로피가 있어야 한다. 그렇지 않으면 열변동은 자성 모멘트를 무작위로 방황하게 만든다. 바위가 계속 식으면서 자성 음이소트로피가 모멘트가 방황하는 것을 막을 정도로 커지게 되는 임계 온도가 있는데, 이 온도를 차단 라고 하며 기호 B 라고 한다 자석화는 암석이 실온으로 냉각되어 온열 자석이 되는 것과 같은 상태를 유지한다.

화학적(또는 결정적) 재탄성 자기화(CRM)

자석 알갱이는 순환 용액에서 침전하거나 화학 반응 중에 형성될 수 있으며, 광물 형성 당시 자장의 방향을 기록할 수도 있다. 이 장은 화학적 재탄성 자화(CRM)에 의해 기록된다고 하며, 이 장에 기록된 광물은 보통 또 다른 산화철인 헤마이트(Hymatite)이다. 퇴적물 다이오메네시스 중이나 후에 주로 헤마이트 형성으로 인해 붉은색을 띠는 적층, 쇄석성 퇴적암(사암석 등)은 유용한 CRM 서명이 있을 수 있으며, 자석 ratigraphy는 그러한 서명에 기초할 수 있다.

퇴적외선자기화(DRM)

퇴적물의 자기 알갱이는 퇴적 중 또는 퇴적 직후 자기장과 정렬할 수 있다. 이것을 퇴적재 자기화(DRM)라고 한다. 만일 곡물이 퇴적될 때 자성을 획득하면 퇴적재 자기화(DRM)가 되고, 퇴적 직후에 획득하면 퇴적후 재분자화(DRM)가 된다.detrital remanent magnetization(pDRM)

비스코스 리마넨트 자석화

주요 기사: 비스코스 리마넨트 자석화

점성 자기화(VRM)라고도 하는 점성 리모컨 자화(Vossous remanent magnetization, VRM)는 자기장에 얼마간 앉아 강자성 광물에 의해 획득되는 재질이다. 화성암의 자연적 재탄생 자석은 이 과정에 의해 변화될 수 있다. 이 구성 요소를 제거하려면 단계적 탈자(demagnetization)의 어떤 형태를 사용해야 한다.[1]

암석 자력의 응용

메모들

  1. ^ a b c d 던롭 앤 외즈데미르 1997
  2. ^ 네엘 1949년
  3. ^ 어빙 1956
  4. ^ 런콘 1956
  5. ^ 예를 들어, 그의 영향력 있는 교과서 The Earth에서 해롤드 제프리스 경은 그것에 대해 다음과 같이 말했다.

    "내가 마지막으로 자석 실험을 했을 때(약 1909년) 우리는 영구 자석의 부주의한 취급에 대해 경고를 받았으며, 자석은 큰 부주의 없이 변하기 쉽다. 암석의 자성을 연구할 때, 표본을 지질학적 망치로 분리한 후 실험실로 운반해야 한다. 그 과정에서 그 자력은 어떤 중요한 정도까지 변화하지 않는 것으로 추측되며, 비록 나는 종종 이것이 어떻게 발생하는지를 물어 보았지만 나는 어떤 대답도 받은 적이 없다.제프리스 1959 페이지 371

  6. ^ 맥케이브 앤 엘모어 1989
  7. ^ 스테이시 앤 배너지 1974년

참조

  • Dunlop, David J.; Özdemir, Özden (1997). Rock Magnetism: Fundamentals and Frontiers. Cambridge Univ. Press. ISBN 0-521-32514-5.
  • Hunt, Christopher P.; Moskowitz, Bruce P. (1995). "Magnetic properties of rocks and minerals". In Ahrens, T. J. (ed.). Rock Physics and Phase Relations: A Handbook of Physical Constants. Vol. 3. Washington, DC: American Geophysical Union. pp. 189–204.
  • Irving, E. (1956). "Paleomagnetic and palaeoclimatological aspects of polar wandering". Geofis. Pura. Appl. 33 (1): 23–41. Bibcode:1956GeoPA..33...23I. doi:10.1007/BF02629944. S2CID 129781412.
  • Jeffreys, Sir Harold (1959). The earth: its origin, history, and physical constitution. Cambridge Univ. Press. ISBN 0-521-20648-0.
  • McCabe, C.; Elmore, R. D. (1989). "The occurrence and origin of Late Paleozoic remagnetization in the sedimentary rocks of North America". Reviews of Geophysics. 27 (4): 471–494. Bibcode:1989RvGeo..27..471M. doi:10.1029/RG027i004p00471.
  • Néel, Louis (1949). "Théorie du traînage magnétique des ferromagnétiques en grains fins avec application aux terres cuites". Ann. Géophys. 5: 99–136.
  • Runcorn, S. K. (1956). "Paleomagnetic comparisons between Europe and North America". Proc. Geol. Assoc. Canada. 8: 77–85.
  • Stacey, Frank D.; Banerjee, Subir K. (1974). The Physical Principles of Rock Magnetism. Elsevier. ISBN 0-444-41084-8.

외부 링크