Термоостаточная намагниченность - Thermoremanent magnetization

Когда огненный рок остывает, приобретает термоостаточная намагниченность (TRM) с поля Земли. TRM может быть намного больше, чем при воздействии того же поля при комнатной температуре (см. изотермическая намагниченность ). Эта остаточная способность также может быть очень стабильной и сохраняться без значительных изменений в течение миллионов лет. TRM - основная причина того, что палеомагнетики способны определить направление и величину поля древней Земли.^[1]

История

Еще в XI веке китайцы знали, что кусок утюг может быть намагничен нагреванием до докрасна, а затем закаленный в воде. При гашении его ориентировали в поле Земли для получения желаемой полярности. В 1600 г. Уильям Гилберт опубликовано De Magnete (1600), отчет о серии тщательных экспериментов в области магнетизма. В нем он описал закалку стального стержня в направлении поля Земли и, возможно, знал о китайской работе.^[2]

В начале 20 века несколько исследователей обнаружили, что Магматические породы имел остроту это было гораздо более интенсивным, чем остаточная намагниченность, полученная в поле Земли без нагрева; что нагревание горных пород в магнитном поле Земли может намагничивать их в направлении поля; и что поле Земли меняло направление в прошлом.^[3]

В палеомагнетизме

Размагничивание

Давно известно, что ТРМ можно снять, если его нагреть выше Температура Кюри ${ displaystyle scriptstyle T _ { text {C}}}$ минералов, несущих его. TRM также может быть частично размагничен путем нагрева до некоторой более низкой температуры. ${ displaystyle scriptstyle T_ {1}}$ и охлаждение до комнатной температуры. Обычная процедура в палеомагнетизм является ступенчатое размагничивание, в котором образец нагревается до ряда температур ${ displaystyle scriptstyle T_ {1}, T_ {2}, ldots}$ , охлаждение до комнатной температуры и измерение остаточной остаточной намагниченности между каждым этапом нагрева. В зависимости от области применения серию остаточных следов можно нанести различными способами.

Частичный TRM

Если позже камень повторно нагревается (например, в результате захоронения), часть или весь TRM может быть заменен новым остаточным материалом. Если это только часть остаточной намагниченности, она известна как частичная термоостаточная намагниченность (pTRM). Поскольку было проведено множество экспериментов по моделированию различных способов получения остаточной намагниченности, pTRM может иметь другие значения. Например, его также можно получить в лаборатории путем охлаждения в нулевом поле до температуры ${ displaystyle scriptstyle T_ {1}}$ (ниже Температура Кюри ), приложение магнитного поля и охлаждение до температуры ${ displaystyle scriptstyle T_ {2}}$ , затем охладите остаток до комнатной температуры в нулевом поле.

Идеальное поведение TRM

Законы Телье

Идеальный TRM - это тот, который может регистрировать магнитное поле таким образом, чтобы его направление и интенсивность можно было измерить с помощью некоторого процесса в лаборатории. Телье показал, что это возможно, если pTRM удовлетворяет четырем законам. Предположим, что A и B - два неперекрывающихся температурных интервала. Предположим, что ${ displaystyle scriptstyle M _ { text {A}}}$ представляет собой pTRM, который получается путем охлаждения образца до комнатной температуры, только переключая поле ${ displaystyle scriptstyle H}$ горит, пока температура находится в интервале A; ${ displaystyle scriptstyle M _ { text {B}}}$ имеет аналогичное определение. В Законы Телье находятся

Линейность: ${ displaystyle scriptstyle M _ { text {A}} (H)}$ и ${ displaystyle scriptstyle M _ { text {B}} (H)}$ пропорциональны ${ displaystyle scriptstyle H}$ когда ${ displaystyle scriptstyle H}$ не намного больше поля нынешней Земли.
Взаимность: ${ displaystyle scriptstyle M _ { text {A}}}$ можно удалить нагреванием через температурный интервал ${ displaystyle scriptstyle A}$ , и ${ displaystyle scriptstyle M _ { text {B}}}$ через ${ displaystyle scriptstyle B}$ .
Независимость: ${ displaystyle scriptstyle M _ { text {A}}}$ и ${ displaystyle scriptstyle M _ { text {B}}}$ независимы.
Аддитивность: Если ${ displaystyle scriptstyle M _ {{ text {A}} cup { text {B}}}}$ получается путем включения поля в обоих температурных интервалах, ${ displaystyle scriptstyle M _ {{ text {A}} cup { text {B}}} = M _ { text {A}} + M _ { text {B}}}$ .

Если эти законы выполняются для любых непересекающихся температурных интервалов ${ displaystyle scriptstyle A}$ и ${ displaystyle scriptstyle B}$ , образец удовлетворяет законам Телье.^[4]

Простая модель для законов Телье

Предположим, что образец содержит много магнитных минералов, каждый из которых обладает следующим свойством: суперпарамагнитный пока температура не достигнет температура блокировки ${ displaystyle scriptstyle T _ { text {B}}}$ это не зависит от магнитного поля для малых полей. При температурах ниже необратимых изменений не происходит. ${ displaystyle scriptstyle T _ { text {B}}}$ . Если полученный TRM нагреть в нулевом поле, он снова станет суперпарамагнитным при температура разблокировки ${ displaystyle scriptstyle T _ { text {UB}}}$ что равно ${ displaystyle scriptstyle T _ { text {B}}}$ . Тогда легко проверить, что выполняются взаимность, независимость и аддитивность. Остается только соблюдение линейности, чтобы соблюдались все законы Телье.

Модель Нееля для однодоменного TRM

Луи Неэль разработал физическую модель, которая показала, как настоящие магнитные минералы могут обладать указанными выше свойствами. Это относится к частицам, которые однодоменный, имеющий однородную намагниченность, который может вращаться только как единое целое.^[5]

Смотрите также

Рок магнетизм