De Verborgen Attractie van de Aarde
De Verborgen Attractie van de Aarde
De Verborgen Attractie van de Aarde
Paleomagnetisme: gesteentemagnetisme & paleointensiteit
Opzet van de cursus
1 – Gesteentemagnetisme – de basis elementen
1 - Magnetisme & Aardmagneetveld
2 – Het nemen van paleomagnetische monsters
2 – Het Aardmagneetveld in het verleden
3 – Laboratorium technieken en field tests
3 – Drift der Continenten en plaattektoniek
4 – Absolute en relatieve paleointensiteit
4 – Omkeringen van het Aardmagneetveld & Magnetostratigrafie
5 – Voorbeelden
5 – Gesteentemagnetisme en (paleo)intensiteit van het veld 6 – Gastlezing & bezoek Fort Hoofddijk
Gesteentemagnetisme
Diamagnetisme
Gesteentemagnetisme – de basis elementen 1 – Types: diamagnetisme, paramagnetisme, ferromagnetisme s.l. 2 – Magnetische domeinen en hysterese 3 – Magnetische relaxatie tijd en Curie temperature
Fundamentele eigenschap van alle materie (onafhankelijk van p, T) – Susceptibiliteit is negatief M tegengesteld aan extern veld H - Gevolg van precessie van electron banen – Waarneembaar in kwarts, perspex, water, kalk
1
Paramagnetisme
Ferro magnetisme
- Ferromagnetisme in bepaalde elementen en mineralen (Fe – O – S)
- Gevolg van ‘uitlijnen’ van electron spins (bij H = 0 random, dus M = 0)
- Gevolg van koppeling van electronen spins
– Waarneembaar in veel materialen als klei, olivijn, …
- Remanente magnetisatie
Ferromagnetisme
Magnetische domeinen
Types of domains and domain walls (Tauxe, 2008)
Ideaal voor paleomagnetisme: SD (en PSD) meer stabiele magnetisaties Remanente magnetisatie is qua sterkte en duur afhankelijk van het materiaal, en bepaalt de kwaliteit van bv. tape of harddisk. Of van het gesteente …
Magnetische hysterese
Relaxatietijd en TCurie
(Tauxe, 2008)
Magnetische relaxatie is een soort halfwaarde tijd (als in radiometrisch verval): hoe langer – tot biljoenen Hysterese is een fundamenteel fysisch verschijnsel: na toepassing van een uitwendige kracht keert de oorsponkelijke toestand niet terug
jaren – hoe stabieler en hoe beter
Curie temperatuur is de temperatuur waarboven geen remanente magnetisatie kan bestaan
2
Relaxatietijd
Gesteentemagnetisme Gesteentemagnetisme – de basis elementen 1 – Types: diamagnetisme, paramagnetisme, ferromagnetisme s.l. 2 – Magnetische domeinen en hysterese 3 – Magnetische relaxatie tijd en Curie temperature
Kortom: 1 – alleen ferromagnetische materialen kunnen een remanentie dragen 2 - hoe kleiner de magnetische domeinen (SD, PSD) hoe stabieler 3 – materialen hebben verschillende relaxatie tijd t en verschillende TCurie: Magnetische relaxatie tijd hangt af van temperatuur, maar ook van de
langere t = stabieler, hogere TCurie = stabieler in de (geologische) tijd
korrelgrootte
Paleomagnetische monsters
Handmonsters
Archeologische monsters
Deep Sea Cores
3
Zonnekompas
Orientatie van de monsters
Laboratorium & veld technieken
Demagnetisatie
Original (primary) NRM: Laboratory tests demagnetization, Zijderveld (1967) diagrams
Field tests fold test, reversal test, etc.
?
Statistics (Fisher, 1953) Gaussian distribution on a sphere Advanced methods
Demagnetisatie
Verwijderen van ongewenste overprints Thermal (Th) vs. Alternating Field (AF) demagnetization
Field tests
Hematite …
Thermal (Th) vs. Alternating Field (AF) demagnetization
4
Fold test
Reversal test
From: Tauxe (course notes)
positive
negative
From: Butler, 1998
Statistics
Geomagnetism & paleointensity
Are distributions (or their means) significantly different ?
From: Tauxe
(course notes) Foto: Lennart de Groot (Hawaii)
Paleomagnetisme tot nu toe … Magnetostratigraphy
‘only’ the barcode 1D: N/S
Paleomagnetism & tectonics
‘only’ directions 2D: dec/inc
Geomagnetism
full vector 3D: dec/inc/intensity
Geomagnetisme in het nieuws … Hulot et al. (2002) Reversed flux patch in Southern Atlantic Ocean
Omkering in 1500 jaar vanaf nu ?
5
Geomagnetisme in het nieuws …
Geomagnetisme in het nieuws …
10 jaar later …
De hamvraag: neemt het veld af ? Paleointensiteit van het veld Meten is weten … -
Methode 1: absoluut, in vulkanisch gesteente (TRM)
-
Methode 2: relatief, in sedimentair gesteente (DRM)
Begrijpen via modellen … -
Type 1: forward models, op basis van fysische aannames
-
Type 2: inverse models, op basis van metingen
Absolute recorders Paleointensiteit van het veld
• Archeologisch materiaal • Vulkanisch gesteente
Methode 1: absoluut -
Kan alleen met gesteente dat afkoelt onder TCurie (TRM)
-
MNRM is bekend (meten !)
-
Geef bekend veld Blab
-
Meet magnetisatie Mlab
Als alles goed gaat dan volgt Banc -
Succes percentage ~15%
6
Paleointensiteit van het veld Methode 1: absoluut
Paleointensiteit van het veld Methode 2: relatief In sedimentair gesteente (DRM) MNRM is bekend (meten !) Rest is onbekend (concentratie, materiaal, korrelgrootte, …) Normalisatie nodig
Voorbeeld: archeomagnetisme Turkije
Relatie PI met cosmogene isotopen Paleointensiteit van het veld Methode 2: relatief IJken aan absolute paleointensiteiten
Valet, 2003
Cosmogene isotopen (bv. 14C,10Be,36Cl, korte halfwaardetijd) worden gevormd door kosmische straling en zonnewind. Zwakker veld betekent meer cosmogene isotopen een onafhankelijke waarneming van de sterkte van het veld Valet, 2003
De hamvraag: neemt het veld af ?
Ja, het veld neemt af
7
Maar sinds wanneer?
Laatste 4 Myr: intensiteitsfluctuaties pdf
Valet & Meinadier, 1993
‘Zaagtand’ ?
Gedrag (relatieve) PI bij reversals
?
Valet & Meinadier, 1993
Valet et al., 2005 Nature
Reversals
Reversals … and excursions
….
Excursions
Stable Field for 780 kyr (normal) ‘Excursions’ invariably linked with low intensity of the field
reversal
Pétrélis et al., 2009
Reversals: 15%
Excursions: 50%
8
Excursions … and Reversals
The Ancient Field …
Reversals
Past 3000 Myr
pdf
Excursions
Past 300 Myr
Pétrélis et al., 2009
The Archean Field: to live or not to live ?
From lifeless to living …
WHEN did the Earth become a BIG magnet, to protect the earliest life on Earth: the period ‘from lifeless to living’ ? What is the influence of the growth of the solid inner core ?
… which is the long-term average of the field anyway, during the past 3 billion years
Geodynamo forward models Glatzmaier et al. 1995 first full magnetohydrodynamical geodynamo model
9
Kuang & Bloxham 1997
Kuang & Bloxham 1997
Glatzmaier et al. 1995
Kuang & Bloxham with no slip boundary conditions
Reversals of the geomagnetic field
Glatzmaier et al. 1995 inner core super rotation
vs.
Kuang and Bloxham 1997 westward drift
Glatzmaier et al., Nature, 1995
Geodynamo models
Glatzmaier et al., Nature, 1995
10
