Когда та или иная горная порода формируется в рифте (путем затвердевания магмы, состоящей из ферромагнитных материалов), горная порода «сохраняет информацию» о магнитном поле Земли во время ее формирования.
В моих учебниках говорится о том, что материалы «приспосабливаются к магнитному полю» во время их формирования, если магма достигает определенной температуры, и что эта информация «хранится» в породе, но на самом деле это не объясняет, что они из себя представляют. имеется в виду под «выравниванием».
Я где-то читал, что это связано со спином электрона, но как это происходит с точки зрения физики? Как меняется спин электрона при охлаждении и почему для сохранения информации требуется, чтобы материалы находились при определенной температуре?
Направление поля сохраняется в направлении намагниченности ферромагнитных минералов в коренных породах при их охлаждении. Эти минералы обычно представляют собой оксиды железа, такие как магнетит Fe. О и т. д. или сульфиды железа, такие как пирротин Fe С , с примесями других элементов.
Такие минералы часто не являются действительно твердыми ферромагнетиками, но их коэрцитивное поле достаточно велико, чтобы намагниченность не следовала за переключением магнитных полюсов Земли.
Подобные вещи можно проделать с глиняной посудой или с намагничиванием возле очагов в археологических раскопках. Это может дать представление о направлении и силе магнитного поля в последнее время во многих местах.
Критическая температура – это температура Кюри материала. Выше ферромагнитной намагниченности нет, материал находится в парамагнитном состоянии, где спиновые моменты не имеют дальнего порядка. Когда материал охлаждается ниже температуры Кюри, возникает магнитный порядок с направлением намагниченности, зависящим от внешнего поля.
Ответ Питера - это начало, но оно неполное. Намагниченность — это локальное среднее значение спинов, и оно может меняться от точки к точке. В более крупных минералах он организован в области, называемые доменами. Внутри каждого домена намагниченность может быть в одном из 2-8 возможных направлений ( простых направлений ), которые определяются анизотропией магнитных свойств минерала. В минералах диаметром менее 0,1 микрона имеется только один домен. Если приложенное поле не выровнено с легкой осью, намагниченность вращается к ней; но когда поле снимается, намагниченность возвращается в легком направлении. В общем, это не в том направлении, в котором было поле. Только сумма всех магнитных моментов находится в направлении поля.
Без анизотропии в нулевом поле нет намагниченности (то, что палеомагнетики называют остаточной намагниченностью ). Однако даже при анизотропии тепловые флуктуации намагниченности могут приводить к скачкам между остаточными состояниями. Чуть ниже температуры Кюри скачки происходят слишком часто, чтобы позволить установиться остаточной намагниченности, а минералы являются суперпарамагнитными (подобно парамагнетикам, но с электронными спинами, замененными моментами целых кристаллов). Единственное, что мешает им прыгать из одного состояния в другое, — это энергетический барьер между ними. Это определяется анизотропией и размером частицы. Когда температура снижается до комнатной, может наступить момент, когда барьер слишком велик для того, чтобы скачки происходили с заметной скоростью, а остаточная намагниченность равназаблокирован . Температура блокировки различна для каждого минерала, и самые маленькие минералы остаются суперпарамагнитными при комнатной температуре. Из-за тепловых флуктуаций выше температуры блокировки существует некоторая вероятность того, что намагниченность окажется в любом из легких направлений. Таким образом, этот вид остаточной намагниченности (известный как термоостаточная намагниченность ) представляет собой среднее статистическое значение намагниченности, которое может быть во всех направлениях. Вот что на самом деле подразумевается под «выровненным с магнитным полем».
Есть хороший учебник по палеомагнетизму , который можно легально скачать бесплатно. См. главы 2 и 3 для получения дополнительной информации о том, как камни могут намагничиваться.
PM 2Кольцо