古地磁学、工作方法及其应用(三)

古地磁的应用古地磁学在地球物理学和地质学方面的应用,其依据是地磁场在从前寒武纪到现在的全部演化过程中,磁极位置不断移动,极性经常倒转.也就是这一依据对大陆漂移和海底扩张等假说提供了重要证据.对地球膨胀说(即地球半径在缓慢地增大)提供了数据,可计算出各个地质史期的地球半径.用古地磁学研究宇宙星球(例如月球、陨石)上物质的磁性,从而了解地磁场的起源和演化等方面的问题.根据测得的地磁倾角,可算出样品产地的古纬度.     

古地磁场的研究

古地磁学的研究已成为人类了解地球演化的一种手段。过去磁场的记录: 岩石的磁化强度记录着岩石获得磁性时的地磁场方向。我们借助于它可了解过去地磁场的性质,确定取样处过去地磁场的磁极。古地磁研究的主要目的之一是测定原生磁化强度。次生磁化强度本身意义不大,但它可帮助把岩石磁化历史与地质历史结合起来进行古地磁解释。古地磁地层厚: 地磁场的翻转是形成古地磁地层学的基础。因为全球磁场同时翻转,提供了全球时间界     

黄土中宇宙成因核素10Be示踪古地磁场变化研究进展

宇宙成因核素10Be示踪古地磁场的研究在海洋和冰芯研究中得到了广泛应用,然而受黄土来源及沉降过程的复杂性制约,运用中国黄土10Be示踪古地磁场变化的研究直到近年来才取得突破进展.综述了黄土10Be的研究现状并指出将其应用于地磁场示踪研究存在的关键问题,重点介绍了为分离黄土10Be浓度记录所包含的气候因素和地磁场影响因素而建立的LGM分离方法、剩磁矫顽力估算模型方法和"平均值概念"方法.各种创新数理方法的建立基本解决了黄土10Be示踪古地磁场的科学难题,使黄土10Be示踪古地磁场变化研究成为可能.     

地磁生物学

地磁生物学(Geomagnetobiolog)是地球物理生物学的一门分支学科,是地磁学和生物学之间的一门边缘学科。主要研究地磁场及其时间变化和空间分布的不同对地球上生物(包括动物、植物、微生物和人类)作用的规津(包括对人体的生理活动、疾病以及对动物、植物的发育、生长等影响)和机理,以及利用其对不同生物系统的不同效应于农业、医学、畜牧业、水产养殖、生态环境,乃至交通管制等问题。此外,它还研究地磁场在生命起源和演化     

古地磁:从地球到火星

古地磁学是一门典型的交叉学科,通过综合地质学、地球物理学、环境科学等学科相关方法,分析天然样品中记录的磁学信息,深入研究地磁场演化、地球动力学过程、古环境与古气候演化等.自20世纪中叶以来,古地磁学在各研究领域得到快速发展,通过进一步与其他学科交叉,衍生出诸多新兴方向.首先回顾了古地磁学的发展历史与基础研究领域.在此基础上,重点介绍了高精度卫星磁测与相关研究新领域、月球与火星磁学研究的新进展.同时,对古地磁学与高精度磁测等方法集成在地磁场演化、板块构造、深部结构、月球磁场演化、火星磁场及环境演化等方面的综合应用进行了讨论.最后,对古地磁学未来的潜在研究方向进行了展望.      

地球历史的“开”、“合”节律与古地磁变化

地球历史的节律突出表现为“开”与“合”有规律的组合。“开”、“合”节律应根据地质、地球化学、地球物理、生物等各种信息综合分析而建立，一般可分为全球性、区域性、地区性、露头和微观五个级别的“开”、“合”旋回或韵律。文中综合各方面资料编制了全球“开”、“合”旋回演化简图。古地磁场强度、古地磁场极性倒转比例、古地磁场极性倒转频率和真极移速率在地史上均呈周期变化，与开合构造关系密切，同受全球性因素制约。因此，用“开”、“合”观点研究古地磁可以揭示古地磁的本质特征。通过古地磁的研究有助于确定“开”、“合”环境，恢复“开”、“合”历史，探索“开”、“合”机制。     

近两千年来的地磁极章动

地磁场的缓慢变化(周期在一年以上)称为地磁场的长期变。由于长期变不仅与地磁场起源的理论关系极大,而且对于古地磁学中的基本假定(轴向地心偶极子假说)有着头等重要的意义,因此,近来颇受重视,讨论相当热烈。     

内蒙古海拉尔发现疑似陨石坑地貌

陨石及陨石坑是天文学研究中最现实直观的地质现象,也是现代科技时代人们最热衷的自然科学景观现象。探讨撞击构造及撞击周期涉及行星撞击对地球形成演化的影响,涉及对地磁场及自转地轴变化的影响,涉及地球内动力变化及大地构造演化;撞击作用及撞击构造可以形成一系列的经济矿产,如金刚石、多金属矿产及有机沉积矿产,蒸发沉积矿产等;陨石撞击会引发全球性毁灭性灾害,地球生物周期性灭绝大部分与陨石撞击有关,因此陨石撞击研究涉及自然灾害预防,是近代和未来科学研究的热点。     

中国广西平乐县罗胡子洞穴次生化学沉积物的古地磁研究初步结果

建立地磁场长期变化的时间表,不仅对于考古学、地质学具有直接的实用价值,对于地球内部物理状态的研究,也具有极其重要的意义。本文作者采取国际上近年新兴起的新方法—洞穴次生化学沉积物的古地磁法,首次进行了中国广西地区的地磁场长期变化的研究。研究表明,中国的地磁场长期变化是一包罗大小不同周期变化的复合运动。该结果与国外资料相比,既有共同点,又有区别处。其特殊之处反映了地磁场的“西向漂移”现象。      

第四纪沉积物的磁性与中国黄土

概述在古地磁和岩石磁学研究中,海陆第四纪沉积物磁性是一个独具魅力的研究领域。它不仅为研究地磁场的时、空特性提供关键数据,而且为几百万年来的地质演化提供重要信息。例如,第四纪沉积物记录了发生于大约0.73MaB.P.布容/松山极性时地磁转换时地磁场的特性。目前,从南、北两半球获得的古地磁转换数据可以用来验证地磁场的倒转     

A new method of testing of the Earth’s free oscillations on the basis of geomagnetic variation analysis

The Earth’s free oscillations are recorded for the first time in variations of the geomagnetic field measured at the Earth’s surface. The Earth’s free oscillations in the frequency range from 0.3 to 4 mHz manifest in the spectra of geomagnetic variations in the form of clearly expressed quasi-harmonic peaks. It is shown that the spectral amplitudes of the main modes of the Earth’s free oscillations are not constant and change with a periodicity corresponding to a lunar (sideral) month. The data obtained indicate the influence of oscillations in the internal geospheres on variations in the terrestrial magnetic field. The results provide new opportunities to study the Earth’s free oscillations and to specify their multiplet components. In addition, they also have certain implications for further research into the internal structure of the Earth and geodynamic processes in internal geospheres, on the basis of magnetometric data.     

Geomagmatism, pulsations of the Earth, and Phanerozoic minerageny

Discontinuity and periodicity of tectonic processes, eustatic fluctuations of the ocean level, volcanic and metallogenic activity, and some other global processes in the Earth’s history are indicative of the pulsatory nature of the Earth’s evolution. Correlation of geomagnetic field variations with global geological processes shows the geomagnetic field polarity to be an indicator of pulsations. The phases of the Earth’s expansion correspond to normal (present-day) polarity, and the planet’s contraction to epochs of reversed polarity. In terms of the concept of geopulsations, the diversity of basic geodynamic regimes of continents is determined by the combination of three factors: the phases of the Earth’s evolution (contraction-expansion), the effects of deep fluid and heat flows (plumes), and the state of the asthenosphere (its depth, thickness, and degree of heating). The general evolution of Phanerozoic ore deposition and the specific metallogenic features of tectonomagmatic cycles may be considered in a new light in view of the Earth’s pulsatory history.     

The Earth’s magnetic field history for the past 400 Myr

Published and new data on the Earth’s past magnetic field have been interpreted in terms of its links with the frequency of magnetic polarity reversals and with tectonic events such as plume-related eruptions and rifting. The paleointensity and reversal frequency variations show an antiphase correlation between 0 and 160 Ma, and the same tendency likely holds for the past 400 Myr. The geomagnetic field intensity averaged over geological ages (stages) appears to evolve in a linearly increasing trend while its variations increase proportionally in amplitude and change in structure. Both paleointensity and reversal frequency patterns correlate with rifting and eruption events. In periods of high rifting activity, the geomagnetic field increases (15 to 30%) and the reversals become about 40% less frequent. Large eruption events between 0 and 150 Ma have been preceded by notable changes in magnetic intensity which decreases and then increases, the lead being most often within a few million years.     

地球磁场的特性与分类研究

针对地球磁场起源研究中存在的有关地球磁极问题,在分析地球磁场特征的基础上,从地球磁场的成因和形成磁场的组合形式两方面,对地球磁场进行了分类。研究认为：地球磁场不仅具有突变性和偶极性,而且具有瞬时性、不变性等特征,初步分析了各种特性的影响原因。指出地球磁场具有二分结构,不同的分类方案可得到不同的分类结果,地球磁场可以分为...     

地球磁极倒转的星地碰撞成因

地球磁场多次发生南北(正负)磁极位置的变换, 即极性倒转, 这已为大家所公认; 但造成这种极性倒转的原因, 则是迄今未能很好解答的一个难题.基于地球磁场的发电机效应理论和星地碰撞的动力效应研究, 探讨了外星撞击地球造成地磁场极性倒转的可能性.研究表明, 当外星沿与地球自转的正逆不同方向撞击地球时引起的地球转速快慢变化, 可导致地球内部核、幔圈层之间的转速相对快慢关系(相对运动方向)发生改变, 从而受其控制的液核涡旋方向及相应的地磁场方向也会随之改变, 于是就形成地磁极性倒转.这是一个新的思路, 它给地磁极性倒转提出了一个简明的动力机制解释.      

Lithospheric magnetic anomalies in the territory of Siberia (from measurements by the CHAMP satellite)

The position of lithospheric magnetic anomalies, detected in total magnetic intensity and the vertical component of the magnetic field, has been determined for Siberia using data from the CHAMP satellite. The paper describes the technique for the satellite data processing and the ways of recognition of regional lithospheric magnetic anomalies from satellite-measured values of the total geomagnetic field, which are obtained from several sources (external and internal with respect to the Earth’s surface). Maps of magnetic-field anomalies of different scales have been constructed for several regions of Siberia depending on the method of areal averaging. The possible geologic and physical nature of the magnetic anomalies and their relationship with deep-seated crustal structures are considered. Preliminary interpretation of the magnetic-field maps shows that the anomalies are connected with the present-day large geologic and geophysical elements of the basement. The features of the lithospheric magnetic field, as a parameter reflecting the present position of tectonic structures and their physical properties, can be used for their contouring in combination with other geological and geophysical methods.     

Long-term electromagnetic core–mantle coupling and the Earth’s rotation acceleration in the Mesozoic Era

Growth lines in the mineralized tissues of living and fossil organisms often exhibit regular patterns that record daily, monthly, or annual cycles. Growth laminations in fossil corals and other marine invertebrates indicate long-term deceleration of the Earth’s rotation, probably largely due to tidal friction, resulting in a decline in the number of days per year over the Earth’s history. Fossils suggest the rate of decline has not been uniform, with the trend between the late Carboniferous and Cretaceous in particular departing from preceding and subsequent periods. However, insufficient data have obscured the nature and cause of the apparent halt in despinning within this time interval. Here we present new fossil geochronometer data that reveal a sustained acceleration in the Earth’s rotation in the early Mesozoic Era, lasting about 90 million years and producing a decrease in the length of day (LOD) at an average rate of about 3 ms/cy. The coincidence of this acceleration with certain geophysical events including the final assembly of Pangaea and a change in the intensity and stability of the geomagnetic field strongly suggests that its cause is rooted in the deep interior of the Earth. A similar explanation has been proposed for observed decadal variations in the Earth’s rotation. Our results suggest large-scale linkage of rotational variation, tectonics, and the geomagnetic field to core–mantle boundary (CMB) dynamics. Furthermore the newly identified acceleration in the Earth’s rotation which began at the end of the Paleozoic, and the geophysical factors that are associated with it, can ultimately bear on the causal mechanisms behind the Permo-Triassic mass extinction.     

东北印度洋源汇过程及古环境与古季风演化

东北印度洋地理位置独特,其沉积物记录了青藏高原隆升及孟加拉扇的“源-汇”过程、印度季风与东亚季风的“海-气”交互作用、印-太暖池热传输的演变与高纬气候之间的相位关系等关键信息,是喜马拉雅地区“构造-气候-沉积”耦合演化的良好记录载体,是探讨多圈层相互作用、探索古气候与古环境演化的理想“窗口”。本文系统总结了近年来有关东北印度洋季风与表层环流特征、沉积物组成及物源、气候环境演化以及环境磁学记录等方面的研究进展。分析表明,东北印度洋为典型的季风风场,表层环流受季风影响强烈,夏季和冬季环流差异明显。沉积物类型丰富,包括河流输运而来的陆源碎屑、钙质和硅质为主的生物沉积以及火山物质等。但目前对于该区域的沉积物的具体组成、“源-汇”过程、迁移历史、季风演化与青藏高原隆升、高纬气候变化之间相互关系等方面的认识尚存在较大的分歧。同时,受样品获取难度大、磁学信号稀释严重等因素的限制,环境磁学作为一种在示踪沉积物物质来源、恢复古气候和古环境等方面被普遍认可的技术手段,在东北印度洋区并没有得到充分的发挥与应用。因此,未来需要在前人研究的基础上,将目光向东北印度洋更南、更深处延伸,对其“源-汇”过程进行全面分析。在研究方法上进一步拓展,采用更高精度的技术手段提取磁学信号,加大环境磁学的应用,寻找有效的替代性指标,解决该地区季风演化、古海洋环境变化等气候环境问题,为该地区环境气候研究提供新认识。并尝试开展地磁场长期变化(paleosecular variation, PSV)研究,建立东北印度洋的PSV记录,辅助修正全球地磁场模型,探究地球深部动力过程。     

古地磁学在矿床研究中的应用

古地磁学是研究地质历史上地球磁场强度及其变化的一门学科,其核心是岩石中富含若干的磁性矿物。通过测定其保存的剩磁强度和方向等,可计算获得岩石形成时的初始磁性强度和方向,从而为约束岩石形成时的古磁极位置、形成时代和地球动力学背景等研究提供证据。矿石作为地球演化过程中形成的一类特殊的岩石,对其进行古地磁研究可为矿床的"源—运—储—保—变"等过程提供强有力的证据。现有关于矿床古地磁学的研究主要集中在两方面,一是通过矿物的退磁参数限定其形成时的磁化年龄（矿床定年）,二是通过磁组构信息获取矿床形成后的构造应力场变化（矿床保存变化）。需要指出的是,矿床古地磁学的研究一定要立足于地质事实。由于地质产状和围岩蚀变对磁性参数的影响极大,在进行矿床地磁数据处理时一定要慎重,并与磁性地层学互相印证,才有可能获得有价值的磁性参数,从而为约束矿床成因提供有效证据。     

关于地球磁场极性反转机制的思索

地球磁场极性在地质历史中发生过相当频繁的倒转。作者将地球内部划分为岩石圈－软流圈－中圈－液圈－固核等5个动力学圈层，认为中圈与固核间可异步旋转；地球偶极磁场由中圈与固核异步旋转时所驱动的液圈中的封闭涡流与系磁场作用产生；该偶极子场极性由地球所通过的银道面上侧或下侧磁场方向及液圈涡流的方向共同决定，二者之一反向，极性发生倒转。