مغناطيسية الصخور

تعتمد مساهمة المعدن في المغناطيسية الكلية للصخر بقوة على نوع الترتيب أو الاضطراب المغناطيسي. تساهم المعادن المختلة مغناطيسيًا (المغناطيسات المغناطيسية والمغناطيسات) في ضعف المغناطيسية وليس لها أي بقايا. المعادن الأكثر أهمية لمغناطيسية الصخور هي المعادن التي يمكن طلبها مغناطيسيًا، على الأقل في بعض درجات الحرارة. هذه هي المغناطيسات الحديدية والمغناطيسات الحديدية وأنواع معينة من المغناطيسات الحديدية المضادة. هذه المعادن لها استجابة أقوى بكثير للحقل ويمكن أن يكون لها بقايا.

نفاذية المغناطيسية هي استجابة مغناطيسية مشتركة بين جميع المواد. استجابةً لمجال مغناطيسي مطبق، تتحرك الإلكترونات، وبموجب قانون لينز، تعمل هذه الإلكترونات على حماية الجزء الداخلي من الجسم من المجال المغناطيسي. وبالتالي، فإن اللحظة المنتجة تكون في الاتجاه المعاكس للمجال وتكون القابلية للتأثر سالبة. هذا التأثير ضعيف ولكنه مستقل عن درجة الحرارة. تسمى المادة التي تكون استجابتها المغناطيسية الوحيدة هي النفاذية المغناطيسية بقطر مغناطيسي.

البارامغناطيسية هي استجابة إيجابية ضعيفة للحقل المغناطيسي بسبب دوران الإلكترون يدور. تحدث البارامغناطيسية في أنواع معينة من المعادن الحاملة للحديد لأن الحديد يحتوي على إلكترون غير مزدوج في إحدى قذائفها. بعضها مغنطيسي يصل إلى الصفر المطلق وقابليتها للإصابة تتناسب عكسياً مع درجة الحرارة؛ يتم ترتيب البعض الآخر مغناطيسيًا تحت درجة حرارة حرجة وتزداد القابلية للتأثر مع اقترابها من درجة الحرارة هذه.

بشكل جماعي، غالبًا ما يشار إلى المواد المغناطيسية القوية باسم المغناطيسات الحديدية. ومع ذلك، يمكن أن تنشأ هذه المغناطيسية كنتيجة لأكثر من نوع واحد من النظام المغناطيسي. بالمعنى الدقيق للكلمة، تشير المغناطيسية الحديدية إلى الترتيب المغناطيسي حيث يتم محاذاة الدورات الإلكترونية المجاورة بواسطة تفاعل التبادل. المغناطيس الحديدي الكلاسيكي هو الحديد. تحت درجة حرارة حرجة تسمى درجة حرارة كوري، تتمتع المغناطيسات الحديدية بمغنطة تلقائية وهناك تباطؤ في استجابتها لتغير المجال المغناطيسي. والأهم من ذلك بالنسبة لمغناطيسية الصخور، أن لديهم بقايا ، حتى يتمكنوا من تسجيل مجال الأرض.

لا يوجد الحديد على نطاق واسع في شكله النقي. عادة ما يتم دمجها في أكاسيد الحديد والأوكسي هيدروكسيدات والكبريتيدات. في هذه المركبات، لا تكون ذرات الحديد قريبة بدرجة كافية للتبادل المباشر، لذا فهي مقترنة بالتبادل غير المباشر أو التبادل الفائق. والنتيجة هي أن الشبكة البلورية تنقسم إلى شبكتين فرعيتين أو أكثر مع لحظات مختلفة.[1]

تحتوي المغناطيسات المغناطيسية المضادة، مثل المغناطيسات الحديدية، على شبكتين فرعيتين مع لحظات متعارضة، لكن اللحظات الآن متساوية في الحجم. إذا تعارضت اللحظات تمامًا، فلن يتبقى للمغناطيس. ومع ذلك، يمكن إمالة اللحظات (التذبذب الدوراني)، مما ينتج عنه لحظة بزوايا قائمة تقريبًا لحظات الشبكات الفرعية. الهيماتيت لديه هذا النوع من المغناطيسية.

عندما تبرد صخرة نارية، فإنها تكتسب مغنطة حرارية من حقل الأرض. يمكن أن يكون أكبر بكثير مما لو تعرض لنفس الحقل في درجة حرارة الغرفة. يمكن أن تكون هذه البقية أيضًا مستقرة جدًا، ودائمة دون تغيير كبير لملايين السنين. هو السبب الرئيسي الذي يجعل علماء المغنطيسية القديمة قادرين على استنتاج اتجاه وحجم مجال الأرض القديم.[6]

إذا تم إعادة تسخين صخرة في وقت لاحق (نتيجة الدفن، على سبيل المثال)، يمكن استبدال جزء أو كل صخرة ببقايا جديدة. إذا كانت جزءًا فقط من البقايا، فإنها تُعرف باسم المغنطة الحرارية الجزئية. نظرًا لأنه تم إجراء العديد من التجارب لنمذجة طرق مختلفة للحصول على البقية، يمكن أن يكون ل معاني أخرى. على سبيل المثال، يمكن أيضًا الحصول عليها في المختبر عن طريق التبريد في مجال صفر إلى درجة حرارة.

النموذج القياسي هو كما يلي. عندما يبرد معدن مثل أكسيد الحديد الأسود تحت درجة حرارة كوري، فإنه يصبح مغناطيسيًا ولكنه غير قادر على تحمل البقايا على الفور. بدلاً من ذلك، فهو ذو مغنطيسية فائقة، ويستجيب بشكل عكسي للتغيرات في المجال المغناطيسي. لكي تكون البقية ممكنة، يجب أن يكون هناك تباين مغناطيسي قوي بما يكفي للحفاظ على المغنطة بالقرب من حالة مستقرة؛ وإلا فإن التقلبات الحرارية تجعل العزم المغناطيسي يتجول بشكل عشوائي. مع استمرار برودة الصخور، هناك درجة حرارة حرجة يصبح فيها التباين المغناطيسي كبيرًا بما يكفي للحفاظ على اللحظة من الشرود: تسمى درجة الحرارة هذه درجة حرارة الانسداد.

قد تترسب الحبيبات المغناطيسية من محلول دائري، أو تتشكل أثناء التفاعلات الكيميائية، وقد تسجل اتجاه المجال المغناطيسي في وقت تكوين المعدن. يقال إن الحقل تم تسجيله بواسطة مغنطة البقايا الكيميائية. عادةً ما يكون المعدن الذي يسجل الحقل هو الهيماتيت، وهو أكسيد حديد آخر. قد يكون للأحواض الحمراء، والصخور الرسوبية الكلسية (مثل الأحجار الرملية) التي تكون حمراء في المقام الأول بسبب تكوين الهيماتيت أثناء أو بعد التكوُّن الرسوبي، توقيعات مفيدة، ويمكن أن تعتمد الطباعة المغناطيسية على مثل هذه التوقيعات.

قد تتماشى الحبيبات المغناطيسية في الرواسب مع المجال المغناطيسي أثناء الترسب أو بعده بفترة وجيزة؛ يُعرف هذا باسم مغنطة الحطام المتبقي. إذا تم الحصول على المغنطة أثناء ترسيب الحبوب، فإن النتيجة تكون مغنطة ترسبية متبقية؛ إذا تم الحصول عليه بعد فترة وجيزة من الترسيب، فهو عبارة عن مغنطة متبقية بعد الترسيب.

المغنطة اللزجة المتبقية، والمعروفة أيضًا باسم المغناطيسية اللزجة، هي بقايا يتم الحصول عليها بواسطة المعادن المغناطيسية من خلال الجلوس في مجال مغناطيسي لبعض الوقت. يمكن تغيير المغناطيسية الطبيعية المتبقية للصخور النارية من خلال هذه العملية. لإزالة هذا المكون، يجب استخدام شكل من أشكال إزالة المغناطيسية التدريجية.