المغناطيسية القديمة
المغناطيسية القديمة (أحيانًا المغناطيسية القديمة ) هي دراسة المجالات المغناطيسية للأرض في عصور ما قبل التاريخ المسجلة في الصخور أو الرواسب أو المواد الأثرية. يُطلق على علماء الجيوفيزياء المتخصصين في المغناطيسية القديمة اسم المغناطيسية القديمة.
يمكن لبعض المعادن المغناطيسية الموجودة في الصخور تسجيل اتجاه وشدة المجال المغناطيسي للأرض في وقت تشكلها. يوفر هذا السجل معلومات عن السلوك السابق للمجال المغناطيسي الأرضي والموقع السابق للصفائح التكتونية . يوفر سجل الانعكاسات الجيومغناطيسية المحفوظة في تسلسلات الصخور البركانية والرسوبية ( المغناطيسية الطبقية ) مقياسًا زمنيًا يستخدم كأداة جيولوجية زمنية .
أدت الأدلة المستمدة من المغناطيسية القديمة إلى إحياء فرضية الانجراف القاري وتحويلها إلى النظرية الحديثة لتكتونيات الصفائح. قدمت مسارات التجوال القطبية الواضحة أول دليل جيوفيزيائي واضح على الانجراف القاري، في حين فعلت الشذوذ المغناطيسي البحري الشيء نفسه بالنسبة لانتشار قاع البحر . تستمر بيانات المغناطيسية القديمة في تمديد تاريخ تكتونيات الصفائح إلى الوراء في الوقت المناسب، مما يقيد الموقع القديم وحركة القارات والشظايا القارية ( التضاريس ).
يشمل مجال المغناطيسية القديمة أيضًا قياسات مكافئة لعينات من أجسام أخرى في النظام الشمسي، مثل صخور القمر والنيازك ، حيث يتم استخدامها للتحقيق في المجالات المغناطيسية القديمة لتلك الأجسام ونظرية الدينامو . تعتمد المغناطيسية القديمة على التطورات في مغناطيسية الصخور وتتداخل مع المغناطيسية الحيوية ، والأنسجة المغناطيسية (تستخدم كمؤشرات إجهاد في الصخور والتربة)، والمغناطيسية البيئية .
تاريخ
في وقت مبكر من القرن الثامن عشر، لوحظ أن إبر البوصلة تنحرف بالقرب من النتوءات الممغنطة بقوة . في عام 1797، أرجع ألكسندر فون همبولت هذه المغناطيسية إلى ضربات البرق (وضربات البرق غالبًا ما تمغنط الصخور السطحية). [2] [3] [4] أظهرت دراسات القرن التاسع عشر لاتجاه المغناطيسية في الصخور أن بعض الحمم البركانية الحديثة كانت ممغنطة بالتوازي مع المجال المغناطيسي للأرض . في أوائل القرن العشرين، أظهرت أعمال ديفيد وبرنارد برونز وبول لويس ميركانتون أن العديد من الصخور كانت ممغنطة بشكل معاكس للمجال. أظهر الجيوفيزيائي الياباني موتونوري ماتوياما في أواخر عشرينيات القرن العشرين أن المجال المغناطيسي للأرض انعكس في منتصف الرباعية ، وهو الانعكاس المعروف الآن باسم انعكاس برونز-ماتوياما . [5] [3]
قدم الفيزيائي البريطاني بي إم إس بلاكيت زخمًا كبيرًا للمغناطيسية القديمة من خلال اختراع مقياس مغناطيسية حساس لاستاتيكي في عام 1956. كان هدفه اختبار نظريته القائلة بأن المجال المغناطيسي الأرضي مرتبط بدوران الأرض ، وهي النظرية التي رفضها في النهاية؛ لكن مقياس المغناطيسية اللاستاتيكي أصبح الأداة الأساسية للمغناطيسية القديمة وأدى إلى إحياء نظرية الانجراف القاري.
اقترح ألفريد فيجنر لأول مرة في عام 1915 أن القارات كانت متصلة ببعضها البعض ذات يوم ثم ابتعدت عن بعضها البعض منذ ذلك الحين. [6] [7] وعلى الرغم من أنه قدم وفرة من الأدلة الظرفية، إلا أن نظريته قوبلت بقبول ضئيل لسببين: (1) لم تكن هناك آلية معروفة للانجراف القاري، و(2) لم تكن هناك طريقة لإعادة بناء حركات القارات بمرور الوقت. قام كيث رونكورن [8] وإدوارد أ. إيرفينج [9] ببناء مسارات تجوال قطبية واضحة لأوروبا وأمريكا الشمالية. تباعدت هذه المنحنيات ولكن يمكن التوفيق بينها إذا افترضنا أن القارات كانت على اتصال حتى 200 مليون سنة مضت. قدم هذا أول دليل جيوفيزيائي واضح على الانجراف القاري. ثم في عام 1963، أظهر مورلي وفين وماثيوز أن الشذوذ المغناطيسي البحري قدم دليلاً على انتشار قاع البحر .
الحقول
تتم دراسة المغناطيسية القديمة على عدد من المقاييس:
- التباين الجيومغناطيسي العلماني هو التغيرات الصغيرة في اتجاه وشدة المجال المغناطيسي للأرض. يتحرك القطب الشمالي المغناطيسي باستمرار بالنسبة لمحور دوران الأرض. المغناطيسية عبارة عن متجه، وبالتالي تتم دراسة تباين المجال المغناطيسي من خلال القياسات الاتجاهية القديمة للانحراف المغناطيسي وقياسات الميل المغناطيسي وكثافة المجال المغناطيسي القديمة.
- تستخدم المغناطيسية الطبقية تاريخ الانعكاس القطبي للمجال المغناطيسي للأرض المسجل في الصخور لتحديد عمر تلك الصخور.حدثت الانعكاسات على فترات غير منتظمة طوال تاريخ الأرض . يُعرف عمر ونمط هذه الانعكاسات من دراسة مناطق انتشار قاع البحر وتأريخ الصخور البركانية .
مبادئ
إن دراسة المغناطيسية القديمة ممكنة لأن المعادن التي تحتوي على الحديد مثل المغنتيت قد تسجل قطبية المجال المغناطيسي للأرض. ويمكن تسجيل العلامات المغناطيسية في الصخور من خلال عدة آليات مختلفة.
المغناطيسية الحرارية
قد تحافظ معادن أكسيد الحديد والتيتانيوم الموجودة في البازلت والصخور النارية الأخرى على اتجاه المجال المغناطيسي للأرض عندما تبرد الصخور من خلال درجات حرارة كوري لتلك المعادن. تبلغ درجة حرارة كوري للمغنتيت، وهو أكسيد حديد من مجموعة السبينيل ، حوالي 580 درجة مئوية (1076 درجة فهرنهايت)، في حين أن معظم البازلت والجابرو يتبلوران تمامًا عند درجات حرارة أقل من 900 درجة مئوية (1650 درجة فهرنهايت). وبالتالي، لا تدور حبيبات المعدن فعليًا لتتماشى مع المجال المغناطيسي للأرض، بل قد تسجل اتجاه ذلك المجال. يُطلق على السجل المحفوظ بهذه الطريقة اسم المغناطيسية الحرارية الثابتة (TRM).
ولأن تفاعلات الأكسدة المعقدة قد تحدث مع تبريد الصخور النارية بعد التبلور، فإن اتجاهات المجال المغناطيسي للأرض لا يتم تسجيلها بدقة دائماً، ولا يتم بالضرورة الاحتفاظ بالسجل. ومع ذلك، فقد تم الحفاظ على السجل بشكل جيد بما يكفي في البازلت في القشرة المحيطية ليكون حاسماً في تطوير نظريات انتشار قاع البحر المتعلقة بتكتونيات الصفائح.
يمكن أيضًا تسجيل TRM في أفران الفخار والمواقد والمباني المصنوعة من الطوب المحروق. يُطلق على التخصص القائم على دراسة المغناطيسية الحرارية في المواد الأثرية اسم التأريخ المغناطيسي الأثري . [10] على الرغم من أن شعب الماوري في نيوزيلندا لا يصنعون الفخار، إلا أن أفران البخار التي يبلغ عمرها من 700 إلى 800 عام، أو هانجي ، توفر مادة مغناطيسية أثرية كافية. [11]
مغناطيسية بقايا الفتات
في عملية مختلفة تمامًا، قد تتوافق الحبيبات المغناطيسية في الرواسب مع المجال المغناطيسي أثناء الترسيب أو بعده بفترة وجيزة؛ وهذا ما يُعرف باسم مغناطيسية بقايا الحطام . إذا تم الحصول على المغناطيسية أثناء ترسيب الحبيبات، فإن النتيجة هي مغناطيسية بقايا الحطام الترسيبية؛ وإذا تم الحصول عليها بعد الترسيب بفترة وجيزة، فهي مغناطيسية بقايا الحطام بعد الترسيب. [12]
المغناطيسية الكيميائية المتبقية
في عملية ثالثة، تنمو الحبيبات المغناطيسية أثناء التفاعلات الكيميائية وتسجل اتجاه المجال المغناطيسي في وقت تكوينها. ويقال إن المجال مسجل بواسطة المغناطيسية الكيميائية المتبقية (CRM). ويتخذ معدن الهيماتيت ، وهو أكسيد حديد آخر، شكلًا شائعًا . ويتشكل الهيماتيت من خلال تفاعلات الأكسدة الكيميائية لمعادن أخرى في الصخر بما في ذلك المغنتيت. وتكون الأسِرَّة الحمراء ، والصخور الرسوبية الفتاتية (مثل الحجر الرملي ) حمراء بسبب الهيماتيت الذي تشكل أثناء التكوّن الرسوبي . ويمكن أن تكون توقيعات المغناطيسية الكيميائية المتبقية في الأسِرَّة الحمراء مفيدة للغاية، وهي أهداف شائعة في دراسات المغناطيسية الطبقية. [13]
المغناطيسية المتبقية المتساوية الحرارة
يُطلق على المغناطيسية المتبقية التي يتم الحصول عليها عند درجة حرارة ثابتة اسم المغناطيسية المتبقية المتساوية الحرارة (IRM). لا تعد المغناطيسية المتبقية من هذا النوع مفيدة للمغناطيسية القديمة، ولكن يمكن الحصول عليها نتيجة لصواعق البرق. يمكن تمييز المغناطيسية المتبقية الناتجة عن الصواعق بشدتها العالية وتغيرها السريع في الاتجاه على مقاييس السنتيمترات. [14] [13]
غالبًا ما يتم تحريض IRM في نوى الحفر بواسطة المجال المغناطيسي لبرميل القلب الفولاذي. يكون هذا الملوث موازيًا للبرميل بشكل عام، ويمكن إزالة معظمه عن طريق التسخين حتى حوالي 400 درجة مئوية أو إزالة المغناطيسية في مجال متناوب صغير. في المختبر، يتم تحريض IRM من خلال تطبيق مجالات ذات قوى مختلفة ويستخدم لأغراض عديدة في مغناطيسية الصخور .
المغناطيسية المتبقية اللزجة
المغناطيسية اللزجة المتبقية هي المغناطيسية المتبقية التي تكتسبها المواد المغناطيسية الحديدية المتأثرة بحقل مغناطيسي لبعض الوقت. في الصخور، تكون المغناطيسية المتبقية عادةً في اتجاه المجال المغناطيسي الأرضي الحديث. تعتمد نسبة المغناطيسية الكلية للصخرة التي تكون مغناطيسية لزجة متبقية على المعادن المغناطيسية.
أخذ العينات
إن أقدم الصخور على قاع المحيط عمرها 200 مليون سنة: وهي صخور صغيرة جدًا مقارنة بأقدم الصخور القارية التي يعود تاريخها إلى 3.8 مليار سنة. ومن أجل جمع بيانات مغناطيسية قديمة يرجع تاريخها إلى ما قبل 200 مليون سنة، يلجأ العلماء إلى عينات تحتوي على الماجنتيت على الأرض لإعادة بناء اتجاه المجال القديم للأرض. وينجذب علماء المغناطيسية القديمة، مثل العديد من الجيولوجيين، نحو النتوءات الصخرية لأن طبقات الصخور مكشوفة. وتشكل قطع الطرق مصدرًا مناسبًا من صنع الإنسان للنتوءات الصخرية.
- "وفي كل مكان، بكثرة على طول هذا النصف ميل من [قطع الطريق]، توجد ثقوب صغيرة محفورة بعناية ... يبدو أنها فندق هيلتون للطيور الصغيرة والسنونو الأرجواني." [15]
هناك هدفان رئيسيان لأخذ العينات:
- استرجاع العينات ذات التوجهات الدقيقة، و
- تقليل عدم اليقين الإحصائي.
إحدى الطرق لتحقيق الهدف الأول هي استخدام مثقاب لاستخراج الصخور مزود بمثقاب مزود برؤوس ماسية. يقطع المثقاب مساحة أسطوانية حول بعض الصخور. يتم إدخال أنبوب متصل به بوصلة ومقياس ميل في هذه المساحة . توفر هذه الأدوات الاتجاهات. قبل إزالة هذا الجهاز، يتم خدش علامة على العينة. بعد كسر العينة، يمكن تكبير العلامة من أجل الوضوح. [16]
التطبيقات
كانت الأدلة المغناطيسية القديمة لكل من الانعكاسات وبيانات التجوال القطبي مفيدة في التحقق من نظريات الانجراف القاري وتكتونيات الصفائح في الستينيات والسبعينيات. استمرت بعض تطبيقات الأدلة المغناطيسية القديمة لإعادة بناء تاريخ التضاريس في إثارة الجدل. تُستخدم الأدلة المغناطيسية القديمة أيضًا في تقييد الأعمار المحتملة للصخور والعمليات وفي إعادة بناء تاريخ التشوه لأجزاء من القشرة. [4]
غالبًا ما تُستخدم المغناطيسية الطبقية العكسية لتقدير عمر المواقع التي تحتوي على حفريات وبقايا أشباه البشر . [17] وعلى العكس من ذلك، بالنسبة لحفرية معروفة العمر، يمكن للبيانات المغناطيسية القديمة تحديد خط العرض الذي وُضعت فيه الحفرية. يوفر خط العرض القديم هذا معلومات حول البيئة الجيولوجية في وقت الترسيب. يتم دمج الدراسات المغناطيسية القديمة مع الطرق الجيولوجية الزمنية لتحديد الأعمار المطلقة للصخور التي يتم فيها حفظ السجل المغناطيسي. بالنسبة للصخور النارية مثل البازلت ، تشمل الطرق المستخدمة بشكل شائع التأريخ الجيولوجي للبوتاسيوم والأرجون والأرجون والأرجون .
انظر أيضا
- الجيوفيزياء – فيزياء الأرض وما حولها
- الكيمياء المغناطيسية – دراسة الخواص المغناطيسية للمركبات الكيميائية
- علم المناخ القديم – دراسة التغيرات في المناخ القديم
- إعادة بناء الصفائح – عملية إعادة بناء مواقع الصفائح التكتونية في الماضي الجيولوجي
- مغناطيسية الصخور – دراسة المغناطيسية في الصخور
ملحوظات
- ^ W. Jacquelyne, Kious; Robert I., Tilling (2001). "Developing the theory". This dynamic earth: the story of plate tectonics (online edition version 1.20) . واشنطن العاصمة: هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية. ISBN 0-16-048220-8تم الاسترجاع بتاريخ 6 نوفمبر 2016 .
- ^ هومبولت، اتحاد كرة القدم ضد (1797). "Ueber die merkwürdige Magnetische Polarität einer Gebirgskuppe von Serpentinstein" [حول القطبية المغناطيسية الغريبة لقمة جبل السربنتين]. نيو جورنال دير فيزيك (باللغة الألمانية). 4 : 136 - 140. في الصفحتين 136 و137 وجد هومبولت أن إحدى القمم في جبال أوبربفالز كانت مغناطيسية. وفي الصفحة 138، لاحظ هومبولت أن إحدى قمم الجبال في جبال هارز ـ على وجه التحديد، قمة شوارشر (الشخير) ـ أظهرت أيضًا مغناطيسية. وعزا المغناطيسية إلى ضربات البرق. من الصفحة 138: “Bey den Schuarchern ist es […] nicht unwahrscheinlich, daß ein Blitzstrahl in dem Granit jenen Magnetischen Streifen Hervorgebracht habe, […] “ (في حالة Schuarcher […] ليس من غير المحتمل أن تنتج صاعقة من البرق في الجرانيت ذلك الخط المغناطيسي، […]) اعتقد همبولت أن هذا التفسير كان أكثر احتمالًا في حالة الذروة في Oberpfalz لأنه حتى شظايا الصخر كانت ممغنطة: "Nicht bloß das anstehende Gestein, sondern auch jedes noch so klein abgeschlagene Stück hat seine beiden Pole, seine eigene magnetische Achse." (ليس فقط النتوء، ولكن أيضًا كل شريحة، مهما كانت صغيرة، لها كلا القطبين [المغناطيسيين]، ومحورها المغناطيسي الخاص).
- ^ ab Glen 1982، ص. [ الصفحة المطلوبة ] .
- ^ بواسطة McElhinny & McFadden 2000
- ^ ماتوياما، موتونوري (1929). "حول اتجاه مغناطيسية البازلت في اليابان وتيوسين [كوريا] ومانشوريا". وقائع الأكاديمية الإمبراطورية اليابانية . 5 (5): 203- 205. doi : 10.2183/pjab1912.5.203 .
- ^ فيجنر ، ألفريد (1915). Die Entstehung der Kontinente und Ozeane [ أصل القارات والمحيطات ] (بالألمانية). براونشفايغ، ألمانيا: Vieweg.
- ^ جلين 1982، ص 4-5.
- ^ Runcorn, SK (1956). "مقارنات مغناطيسية قديمة بين أوروبا وأمريكا الشمالية". Proc. Geol. Assoc. Canada . 8 : 77– 85.
- ^ إيرفينج، إي. (1956). "الجوانب المغناطيسية القديمة والمناخية القديمة للتجوال القطبي". جيوفيس. بورا. أبل . 33 (1): 23- 41. رمز Bibcode :1956GeoPA..33...23I. doi :10.1007/BF02629944. S2CID 129781412.
- ^ هيريس، أير؛ آدامز، جيه دبليو؛ كويكيندال، كيه إل؛ شو، جيه. (2006). "علم الكهوف والتسلسل الزمني المغناطيسي الطبقي لمنطقة جي دي 2 في رواسب الكهوف القديمة الحاملة لإنسان الغوندولين، مقاطعة شمال غرب، جنوب أفريقيا". مجلة التطور البشري . 51 (6): 617–31 . رمز Bibcode :2006JHumE..51..617H. doi :10.1016/j.jhevol.2006.07.007. PMID 16949648.
- ^ آموس، جوناثان (7 ديسمبر 2012). "أحجار الماوري تحمل أدلة مغناطيسية". بي بي سي نيوز . تم الاسترجاع في 7 ديسمبر 2012 .
- ^ "مغناطيسية بقايا الحطام (DRM)". MagWiki: ويكي مغناطيسية لعلماء الأرض . تم الاسترجاع في 11 نوفمبر 2011 .
- ^ ab Tauxe, Lisa (24 مايو 2016). "Chemical remanent magnetization". Essentials of Paleomagnetism: Web Edition 3.0 . تم الاسترجاع في 18 سبتمبر 2017 .
- ^ دنلوب وأوزديمير 1997
- ^ ماكفي 1998، ص 21-22
- ^ تاوكس 1998
- ^ هيريس، أير؛ كوفاتشيفا، م؛ كوستادينوفا، م؛ شو، ج. (2007). "بيانات الاتجاهات الأثرية وكثافة المواد من الهياكل المحترقة في موقع هالكا بونار التراقي (بلغاريا): تأثير المعادن المغناطيسية ودرجة الحرارة والغلاف الجوي للتدفئة في العصور القديمة". فيزياء الأرض والداخل الكوكبي . 162 ( 3-4 ): 199-216 . رمز Bibcode :2007PEPI..162..199H. doi :10.1016/j.pepi.2007.04.006.
مراجع
- دنلوب، ديفيد J.؛ أوزدمير، أوزدن (1997). المغناطيسية الصخرية: الأساسيات والحدود . جامعة كامبريدج. يضعط . رقم ISBN 0-521-32514-5.
- جلين، ويليام (1982). الطريق إلى جاراميلو: سنوات حاسمة من الثورة في علوم الأرض. مطبعة جامعة ستانفورد . رقم ISBN 0-8047-1119-4.
- McElhinny, Michael W.; McFadden, Phillip L. (2000). المغناطيسية القديمة: القارات والمحيطات . أكاديميك بريس . ISBN 0-12-483355-1.
- ماكفي، جون (1998). حوليات العالم السابق . فارار، شتراوس وجيرو . رقم ISBN 0-374-10520-0.
- توكس، ليزا (1998). المبادئ والممارسات المغناطيسية القديمة . كلوير . رقم ISBN 0-7923-5258-0.
قراءة إضافية
- بتلر، روبرت ف. (1992). المغناطيسية القديمة: المجالات المغناطيسية إلى التضاريس الجيولوجية. بلاكويل . ISBN 0-86542-070-X. تم أرشفته من الأصل في 18 فبراير 1999.
- توكس، ليزا (2010). أساسيات المغناطيسية القديمة. مطبعة جامعة كاليفورنيا . رقم ISBN 978-0-520-26031-3.
روابط خارجية
- مادة أساسية عن الجيومغناطيسية والمغناطيسية القديمة
- بيانات مغناطيسية قديمة من NGDC / WDC بولدر
- المغناطيس العظيم، الأرض
- قاعدة بيانات المغناطيسية القديمة في مؤسسة سكريبس لعلوم المحيطات (MagIC)
| ملخص | |
|---|---|
| الحقول الفرعية | |
الظواهر الفيزيائية | |
| التخصصات ذات الصلة | |
| |
