A MAGSAT MESTERSÉGES HOLD MÁGNESES ADATAINAK FELDOLGOZÁSA AZ EURÓPAI RÉGIÓRA Wittmann Géza, Ph.D. „PhD eredmények a magyar geofizikában” Magyar Tudományos Akadémia 2005. október 28.
Mesterséges holdak segítségével, nagy magasságban végzett mágneses mérésekből a mágneses kéregre vonatkozó globális mágneses anomáliatérképek vezethetők le, amelyek szoros kapcsolatban állnak a kéreg nagyszerkezeti változásaival. Hőáram- és kéregvastagság térképek együttes elemzésével magyarázatot kaphatunk a mágneses anomáliák eredetére.
A MAGSAT mesterséges hold A holdat a NASA és a USGS megrendelésére a John Hopkins Alkalmazott Fizikai Laboratórium tervezte. A hold fellövésének a célja a földkörüli mágneses tér precíz globális mérése, és az ebből kiszámítható teljes Földre vonatkozó anomáliatérképek, valamint a földi mágneses modell aktualizálása, finomítása volt. Működési ideje: 1979. október – 1980. június
Magsat Investigator-B adatok
A mintavétel 5 s-re lett ritkítva, ami ~35 km-es mintavételi távolságnak felel meg A számításokhoz 1923 pálya menti adatsorozat állt rendelkezésre, ami a mágneses tér 234.669 db X, Y, Z, és T komponensét foglalja magában.
Magsat mérési pontok eloszlása a Kárpát-medence felett 50
MISKOLC GYÕR
BUDAPEST
2000
DEBRECEN
1500 NAGYKANIZSA PÉCS
46
SZEGED
1000 500 0 -500
44
-1000 42 14
16
18
20
22
Hosszúság, fok
24
Kp=1-
26
Kp=4-
Tszf. magasság
Szélesség, fok
48
Adatpontok magasságeloszlása
35000
140%
12000
30000
120%
10000
25000
100%
G y a k o r is á g
8000 6000 4000 2000 0 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540
G y a k o ris á g
14000
Keringési magasság, km
20000
80%
15000
60%
10000
40%
5000
20%
0
0% 0 1- 1+ 2 3- 3+ 4 5- 5+ 6 7- 7+ 8 9Kp index
R e la t í v k u m u la t í v g y a k o r is á g
Kp index szerinti gyakoriság és kumulatív gyakoriság
Adatok feldolgozása 1. Előfeldolgozás, korrekciók
Külső tér korrekció Vizuális válogatás (zajos és szakadásokat mutató pályák eltávolítása) Kp index (háborgatottság) szerinti válogatás 3 pontos mediánszűrés Dst korrekció az egyenlítői elektrojet hatásának eltávolítására
60
60
40
40
40
20
20
20
0
DX, nT
60
DX, nT
DX, nT
Közel azonos nyomvonalú pályákon regisztrált mágneses anomáliák X komponense
0
0
-20
-20
-20
-40
-40
-40
-60
-60
-60
20
30 40 50 60 Szélesség, fok
Nyers adatok külső tér korrekció előtt
70
20
30 40 50 60 Szélesség, fok
A külső tér korrekció után
70
20
30 40 50 60 Szélesség, fok
Szelekciók, mediánszűrés és Dst korrekció után
70
Adatok feldolgozása 2. A Földmagból és a mágneses kéregből származó hatás szétválasztása Az eltávolítandó - Földmagból származó - tér nagysága (30000-60000 nT) több nagyságrenddel haladja meg a kéregből származó tér nagyságát (0-20 nT). A tér két komponense hatásososan frekvencia tartalmuk alapján választható szét. Több módszer részletes vizsgálata alapján a szétválasztás megfelelő megbízhatósággal a harmonikus együtthatókkal valósítható meg.
Adatok feldolgozása 3. Interpoláció, térképezés A pálya mentén elhelyezkedő adatokat felülvágó szűrő felhasználásával egy rács pontjaiba interpoláltam. A rácsköz mindkét irányban 1°, magassága 400 km a felszíntől. Gauss-féle felülvágó szűrő paraméterei: A -3 dB levágással definiált levágási hullámhossz 1200 km A figyelembe vehető maximális távolságot a normált súlyfüggvény 0,1 értéke definiálja (341 km)
Interpolált mágneses anomáliatérkép Z komponens 70
Szélesség, fok
60
50
40
30 -30
-20
-10
0
10
20
Hosszúság, fok
30
40
50
Inverzió
A térképek legjellegzetesebb anomáliája a kurszki vasérc előforduláshoz köthető. Erre az anomáliára egy modell felállításával, valamint a hozzá tartozó direkt, majd az inverz feladat megoldásával a modellparaméterek becsülhetőek. Egyszerű modelleket feltételezve (dipól, 3D hasáb) csak a ható paramétereinek durva közelítését kaphatjuk. Pontosabb becslést csak bonyolult modellek felállításával kaphatnánk, de a 400 km-es távolság a forrás és az észlelés között ezt meggátolhatja.
Inverziós eredmények Dipól
3D hasáb (É-D) 12 11 10 9 8 7 6 nT 5 4 3 2 1 0 -1
50
45 30
35
40
45
Hosszúság, fok
Mélység: 10 m, Dipólmomentum: 4,2·1015 Am2, Inklináció 89,9°
55 7 Szélesség, fok
Szélesség, fok
55
6 5 4
50
3 nT 2 1 0 -1
45 30
35
40
45
Hosszúság, fok
Mélység:0-4,8 km Mágnesezettség: 4,42 A/m Kiterjedés: 362 x 525 km
Értelmezés A mágneses anomáliatérképen Európa legfontosabb szerkezeti elemei - mint például a TornquistTeisseyre tektonikai vonal, vagy az alpi és variszkuszi Európa határa -, nagy gradiensű zónák helyén mutatkoznak. 70
Szélesség, fok
60
50
40
30 -30
-20
-10
0
10
20
Hosszúság, fok
30
40
50
A mágneses anomáliák megjelenésének oka hőáram és kéregvastagság térképek segítségével magyarázható, és ezek alapján az anomáliák típus szerint osztályozhatóak:
Ahol pozitív mágneses anomáliához kivastagodott kéreg és kis hőáram tartozik, vagy negatív anomália vékony kéreggel és nagy hőárammal párosul, ott a mágneses tér forrása a mágneses kéreg. (Kárpátmedence, Szentpétervár, Izland, Kaukázustól É-ra és D-re) Ahol pozitív mágneses anomáliához kivékonyodott kéreg tartozik, ott a mágneses tér forrása az alsó kéreg vagy a felső köpeny (Szardínia) Ahol a mágneses anomáliákhoz nem társítható kéregvastagság- és hőáram-anomália, ott a tér forrása a megváltozott mágnesezettségű kéreg (Kurszk, Kiruna).
Összefoglalás
Megállapítható, hogy a mesterséges holdak mérési adatsorozataiból átgondolt feldolgozási lépésekkel készített mágneses térképeken jól követhető a földkéreg szerkezeti felépítése. A mágneses anomáliák kéregvastagság és felszíni hőáram-térképek segítségével magyarázhatóak, és így fontos információkat nyerhetünk a kéreg és a felső köpeny mágneses tulajdonságairól.
