Хронологія інверсій
В.
В. Орлятко, доктор геолого-мінералогічних наук
Найважливішим досягненням палеомагнетізма з'явилося
встановлення різнополярних намагніченості послідовності лав і осадових
порід. Збіг знака полярності для одновікові порід у розрізах
континентів і океанічного дна виключає припущення про широкий розвиток
процесів самообращенія вектора намагніченості. Синхронність і глобальність
звернень може бути пояснена тим, що земне магнітне поле протягом
геологічної історії неодноразово змінювало свою полярність. Можливий механізм
цього процесу ми тільки що розглянули.
Зіставлення по різних розрізах Північної Америки
послідовності прямо і назад намагнічених товщ з їхнім абсолютним віком
дозволило А. Коксу і іншим встановити час звернень геомагнітного поля і
тривалість різних епох полярності. У результаті була створена
палеомагнітная Геохронологічна шкала для останніх 4,5 млн. років (див. рис.
34, с. 144). Згідно з цією шкалою протягом зазначеного періоду змінилися чотири
епохи. Перші дві епохи були названі іменами великих вчених-геофізиків Брюнеса
і Матуяма, які одними з перших визначили важливу роль зворотного
намагнічування порід, дві інші епохи - іменами видатних фізиків К. Гаусса
(1777 - 1855) і Дж. Гільберта (1544 - 1603), вперше вивчили магнітне поле
Землі.
Усередині цих епох при більш детальних дослідженнях
були виявлені короткі звернення полярності. Так, усередині зверненої епохи
Матуяма відзначається невеликий інтервал з нормальною полярністю тривалістю
близько 105 років, що отримав назву одного з ущелин в Танзанії - Олдувей.
Всередині нормальної епохи Гаусса також зазначено короткий
звернення поля, що одержало назву Маммот (озеро в Каліфорнії, де це
звернення вперше було виявлено).
В даний час є дані про наявність ще цілого
ряду звернень всередині кожної з епох, проте достовірність деяких з них
поки не можна вважати достатньо обгрунтованою.
Описана хронологія звернень земного магнітного поля
отримала найкраще підтвердження при порівнянні послідовності прямо і
назад намагнічених шарів у колонках глибоководних опадів океану --
пелагічних червоних глин, що характеризуються найбільш стійкими темпами
седиментації. Виявилося, що час утворення послідовності нормально і
назад намагнічених пачок шарів повністю збігається з тривалістю епох
полярності, визначеними палеонтологічними і К - Аr методами з лав
островів і континентів, і корелюється з даними вимірювань в аналогічних
опадах різних районів Світового океану.
Звернення земного магнітного поля було виявлено й у
більш давніх вулканічних і осадових породах Землі. Це дозволило продовжити
палеомагнітную геохронологія на весь фанерозой. Застосування палеомагнітной
геохронології для стратиграфії обмежується необхідністю мати безперервний
розріз лавових або осадових верств починаючи з сучасного віку або
палеонтологічні або ізотопних датування. В іншому випадку внаслідок випадіння
або розмиву окремих верств можливі великі помилки в кореляції. Разом з тим
використання палеомагнітних даних за зверненнями геомагнітного поля спільно
з палеонтологічними визначеннями дозволяє в ряді випадків більш точно
встановлювати межі між різновіковими породами, тому що зміна або
вимирання певної групи організмів відбувається зазвичай в межах мільйона і
більше років, а інверсії поля - протягом 10 - 15 тис. років.
В даний час побудовано декілька палеомагнітних
хронологічних шкал. Всі вони можуть бути розділені на дві групи. До першої
групи відносяться шкали, побудовані за даними безпосередніх вимірів на
розрізах еффузівних або осадових порід у поєднанні з палеонтологічними і
ізотопними визначеннями віку. Сюди ж відносяться і вимірювання за керна
свердловин судна «Гломар Челленджер», ударних і вібропоршневих трубок. Саме
таким шляхом виконана палеомагнітная хронологія в Азії, Північній Америці,
Західній Європі, Японії і Світовому океані в період з 1958 по 1972 р.
Ці дані добре можна порівняти між собою і,
отже, відображають реальний процес інверсій полярності геомагнітного поля
у відповідні геологічні періоди.
Інша група шкал побудована по малюнку магнітних
аномалій серединно-океанічних рифтових хребтів, отриманих на рівні моря. Їх
побудова засноване на гіпотезі Вайна-Метьюз про розростанні (спредінге)
океанічного дна внаслідок впровадження базальтових мас в ріфтовой зоні з
подальшим розсуванням «літосферних плит» в обидві сторони від неї. Згідно
цій, нині широко розповсюдженої концепції, намагніченість порід відбувається
в момент впровадження в ріфтовой щілину гарячих базальтових ДАЕК. Таким чином,
океанічна кора по обидва боки від неї повинна мати вертикально шарувату
будову. Вважаючи, що швидкість «розширення» дна коливається в межах 1 - 10
см/рік, автори і прихильники концепції «розрахували» інтервали і «знайшли», що
останні подібні до шкали А. Кокса, побудованої зовсім іншим методом (Ле
Пішон, Франшто, Бонін, 1977).
Однак порівняння поверхневих аномалій, що відбивають
згладжений інтегральний ефект віддалених від рівня спостереження сукупності
розосереджених по площі і по розрізу джерел, з приземному (контактними)
аномаліями А. Кокса принципово неможливо. Це, по суті, незрівнянні
поля. Щоб якось усунути цю невідповідність, ми повинні в кращому випадку
трансформувати поле на рівень джерел, тобто в даному випадку дна.
Виконання такої трансформації або проведення придонному магнітної зйомки (рис.
35) розкриває складне чергування позитивних і негативних значень
вектора DТ,
яке не має нічого спільного з характером поверхневої аномалії. При
побудові шкали з цього малюнку придонному аномалії ми не отримаємо і
віддаленого подібності з «контактною» структурою поля інверсій Кокса та ін Автори
ж концепції спредінга схильні бачити в цьому лише заважає магнітний шум,
обумовлений топографією (Ле Пішон, Франшто, Бонін, 1977), або пропонують
виділяти додаткові короткочасні епізоди звернення геомагнітного поля.
По суті ж, тут ми бачили прагнення інтерпретувати магнітні аномалії
рифтових хребтів тільки і виключно полем обмеженого за потужністю
вертикального пласта з видаленням в нескінченність другого полюса (позитивного
або негативного), що є грубим ігноруванням в цілому двозначного
характеру магнітних аномалій.
Будь-яке намагнічені тіло - це диполь, якщо не
мультіполь. І йому властиві позитивні і негативні аномалії, якщо
тільки нижні кромки не віднесені на дуже велику глибину. Це, зокрема, і
підтверджується придонному зйомкою і трансформацією поля в нижнє
півпростір, де чітко проявляється роль підводних гір і рельєфу дна взагалі
і складний характер розподілу магнітоактівних тел. Ми вже не говоримо про
прямих невідповідності, зазначених А. Майерхоффом і Г. Майерхоффом (1974),
коли, наприклад, виділена по малюнку магнітного поля 5-а аномалія «віку 8
млн. років »виходить в Ісландії в районі сучасного вулканізму. Крім того,
прямі визначення намагніченості в керна базальтових порід, за даними
буріння судна «Гломар Челленджер», порізали чергування прямо і назад
намагнічених базальтових шарів, розташованих в межах однієї смуговий
аномалії. Наприклад, у св. 395 45-го рейсу, пробуреної в зоні 4-й
позитивної магнітної аномалії на схилі Серединно-Атлантичного хребта, в
інтервалах глибин 100 - 243 і 733 - 612 м розкритого розрізу базальти
характеризуються позитивною намагніченістю, а в інтервалі 243-573 і нижче
612 м - негативною.
У скв. 396, розташованої по інший бік
Серединно-Атлантичного хребта, в межах смуговий 5-й позитивної аномалії
в розрізі базальтів товщиною 96 м верхня і нижня зони негативної
намагніченості розділяються зоною позитивної намагніченості. Наведені
дані не виняток. Вони підтверджуються у всіх випадках, де вдається
Забур в базальтові шари (Initial Reports of the Deep Sea Drilling
Project, 1969 - 1982). Результати палеомагнітного вивчення 94 орієнтованих
зразків опадів 37-го рейсу «Гломар Челленджер» (скв. 332 - 335) показали, що
полярність стабільної частини природної залишкової намагніченості (In)
багато разів змінює свій знак по розрізу і має більш пологе в порівнянні з
дипольним спосіб. Останнє припущення, однак, зумовлено не
переміщенням плит, а місцевим тектонічним нахилом блоку. У св. 332 В
виявлено нестійкий і аномально пологе нахил в базальтах,
підстилаючих опади. При цьому вертикальна складова вектора In явно мала
для забезпечення що спостерігається на поверхні океану магнітної аномалії. Це
вказує на те, що потужність магнітоактівного шару повинна бути в кілька разів
більшою 500 м (зазвичай приймається в гіпотезі тектоніки плит), а сама товща
представлена багатьма шарами лав різних епізодів вулканізму і, отже,
різного віку і способу.
У скв. 337 в Норвезькому морі в брекчірованном
базальту, підстилаючої товщу опадів (132,5 м), виявлено 13 - 14 потоків.
Вік їх визначається в 18 - 24 млн. років і погано узгоджується з магнітними і
палеомагнітнимі даними.
На жодній із пробурених в 1976 р. в Атлантичному
океані свердловин магнітні властивості базальтів не відповідали лінійним магнітним
аномалій у відповідності з гіпотезою Вайна-Метьюз. Звідси робилося
припущення про більш глибокому заляганні магнітоактівних тіл, відповідальних за
ці лінійні знакозмінні аномалії. Таким чином, прямі визначення
намагніченості порід фундаменту, строго кажучи, не підтвердили основи
концепції вертикально-шаруватої моделі намагніченості рифтових хребтів.
Зареєстровані ж магнітні аномалії на поверхні моря, так само як і на рівні
дна, відображають сумарний ефект прямо і назад намагнічених по розрізу порід і
тому ніяк не можуть бути інтерпретовані серією горизонтально диференційованих
однорідно намагнічених вертикальних пластів потужністю 500 - 1000 м. Ці
міркування викладалися нами раніше (Орлятко, 1980) і тепер знаходять
підтвердження в роботах інших дослідників - В. Н. Луговенко, Т. Н.
Симоненко та ін
Аналізуючи великий матеріал за статистичними
характеристикам аномального магнітного поля (АМП), В.Н. Луговенко сформулював
закон підсумовування магнітних джерел в магнітоеффектівние тіла в наступному
вигляді: аномальне магнітне поле над поверхнею Землі є сумарний ефект
впливу магнітних мас, розташованих нижче тієї ділянки земної поверхні,
який видно з точки вимірювання поля під тілесним кутом 0,59 p. Звідси випливає, що при зміні висоти магнітної
зйомки розміри і властивості магнітоактівного джерела, що створює даний АМП,
також змінюються. Це обумовлено збільшенням вертикальної потужності
«Зондіруемого» магнітоактівного шару зі збільшенням висоти приладу. З іншого
боку, зі збільшенням глибини внаслідок підвищення температури і тиску
намагнічених порід їх внесок в сумарне поле буде зменшуватися. Однак важко
припустити освіта великих лавових полів потужністю 1000 - 2000 м і
довжиною в кілька тисяч кілометрів протягом тієї чи іншої магнітної
епохи тривалістю близько мільйона років. Подібних глобальних вулканічних
катастроф у фанерозой не зазначено в геологічного літопису Землі. Як показав
В.Н. Луговенко, джерела багатьох великих магнітних аномалій найкраще
апроксимуються моделлю вертикального пласта. Якщо висота зйомки відповідає
горизонтальної полумощності такого тіла, то його вертикальна складова
характеризується відомим співвідношенням:
, (VI.12)
де I - намагніченість А
