Хронология инверсий (стр. 2 из 2)
Анализируя обширный материал по статистическим характеристикам аномального магнитного поля (АМП), В.Н. Луговенко сформулировал закон суммирования магнитных источников в магнитоэффективные тела в следующем виде: аномальное магнитное поле над поверхностью Земли есть суммарный эффект влияния магнитных масс, расположенных ниже того участка земной поверхности, который виден из точки измерения поля под телесным углом 0,59p. Отсюда следует, что при изменении высоты магнитной съемки размеры и свойства магнитоактивного источника, создающего данное АМП, также изменяются. Это обусловлено увеличением вертикальной мощности «зондируемого» магнитоактивного слоя с увеличением высоты прибора. С другой стороны, с увеличением глубины вследствие повышения температуры и давления намагниченных пород их вклад в суммарное поле будет уменьшаться. Однако трудно предположить образование обширных лавовых полей мощностью 1000 – 2000 м и протяженностью в несколько тысяч километров в течение той или иной магнитной эпохи длительностью около миллиона лет. Подобных глобальных вулканических катастроф в фанерозое не отмечено в геологической летописи Земли. Как показал В.Н. Луговенко, источники многих крупных магнитных аномалий лучше всего аппроксимируются моделью вертикального пласта. Если высота съемки соответствует горизонтальной полумощности такого тела, то его вертикальная составляющая характеризуется известным соотношением:
, (VI.12)где I – намагниченность А×м-1; b – горизонтальная полумощность, м; Н – глубина до верхней кромки, м; х – координата.
Для оценки влияния магнитных масс, расположенных по глубине разреза, магнитный источник можно представить в виде суммы горизонтальных цилиндров, имеющих предположительно вертикальное намагничивание:
, (VI.13)где М – линейный магнитный момент цилиндра. Поскольку элементарные цилиндры (Ва = Вb) равны по модулю, но имеют различные знаки, влияние области a компенсируется влиянием области b, и магнитное поле в точке Р создается вертикальным пластом мощностью 2Н. Над центром пласта при Н = b имеем:
, (VI.14)где
– средняя намагниченность пород всего разреза в пределах угла, под которым видна земная поверхность. Таким образом, при постоянной высоте съемки амплитуда и размеры магнитных аномалий будут определяться средней намагниченностью пород по всей толщине разреза.Лишь с помощью операции трансформации наблюденных аномалий (см. далее) можно произвести разделение поля на локальную и региональную составляющие, а с ними и относительную глубину источников. Это свойство АМП практически исключает возможность однозначной геологической интерпретации линейных магнитных аномалий океанических областей вертикальными одновозрастными и, следовательно, однополярными пластами той или иной мощности и характеризует ее как задачу с неопределенным множеством решений. В частности, уменьшение глубины океана и соответственно высоты съемки влечет за собой увеличение мощности «зондируемого» магнитоактивного слоя и, наоборот, с увеличением глубины толщина «освещения» разреза уменьшается. Одновременно увеличиваются ширина «освещаемой» поверхности и, следовательно, интегрируемость (осреднение) в пределах площади телесного угла различных магнитных неоднородностей как на поверхности, так и на глубине (рис. 36). При этом алгебраическое суммирование аномалий и в горизонтальном, и в вертикальном направлениях может привести к существенному (если не полному) изменению картины поля за счет осреднения и перераспределения составляющих разных знаков и амплитуды. Это было доказано В.Н. Луговенко по расчетам радиуса корреляции и периодов Т0. Оказалось, что градиент дr0/дН в области высот (0<Н<5¸20 км) достигает наибольших значений. Чем однороднее (в магнитном отношении) материал коры, тем протяженнее аномалии одного знака с увеличением высоты съемки. Отсюда следует, что высокий градиент в океанических областях свидетельствует о большей однородности верхней коры котловины и, наоборот, низкий градиент континентов – большей горизонтальной дифференцированности верхов континентальной коры. То же самое нетрудно видеть и из рис. 36. Приняв Н1 и Н2 достаточно большими по сравнению с полумощностью магнитных источников Ii, мы как бы получаем сумму элементарных вертикальных стержней:
и 
, (VI.15)магнитное поле которых в точке Р будет представлять алгебраическую сумму из составляющих Ii каждого элемента.
Таким образом, любая шкала хронологии обращений геомагнитного поля, построенная по рисунку аномалий рифтовых хребтов по принципу Вайна и Мэтьюза, является лишь гипотезой и не может быть использована для палеомагнитной стратификации. Сравнение таких шкал между собой дает весьма проблематичное сходство.
Симметрия и линейный характер магнитных аномалий над рифтовыми хребтами отражают симметрию равномерного растяжения коры на своде остаточной возвышенности вследствие опускания дна котловин по обе его стороны. Магнитные аномалии фиксируют, по существу, зоны глубоких расколов земной коры, возникающих при этом растяжении, и полосы сильно и слабо намагниченных пород. С. Н. Максимовым, Н. Я. Куниным и Н. М. Сардонниковым (1977) было показано, что режимы инверсий геомагнитного поля обнаруживают четкую низкочастотную цикличность с периодом 155 млн. лет и среднечастотную – с интервалом 39 млн. лет. Кроме того, намечаются высокочастотные инверсии порядка 1 млн. лет. При этом заметна определенная связь режима инверсий с геологическими эрами, отражающими крупные изменения в жизни биосферы Земли, – палеозою соответствует преобладание обратной полярности, мезозою – преобладание прямой полярности, кайнозою – знакопеременное поле.
Наряду с этим существовали периоды более частых инверсий и длительной стабильности поля. В целом отмечается возрастание частоты инверсий начиная с поздней перми с преобладанием в этот период положительной (нормальной) полярности. Аналогичная картина возрастания частоты инверсий наблюдается также в среднем и позднем кембрии и в интервале между средним ордовиком и средним девоном. Интересно сопоставить шкалу инверсий геомагнитного поля с циклами тектонической активизации земной коры, выделенными Г. Штилле, В.Е. Хаиным, Н. М. Страховым, В. В. Белоусовым и др., а также с эпохами трансгрессий и регрессий. Анализ показывает, что эта связь весьма проблематична. Большинство фаз так называемой тектонической активизации не находит отражения в режиме инверсий геомагнитного поля. Исключение составляют салаирская фаза на рубеже кембрия и ордовика, совпадающая с переходом знакопеременного режима к однополярной эпохе раннего ордовика, астурийская и заальская, совпадающие с эпизодами обращения поля в среднем и позднем карбоне, пфальцская, совпадающая с границей перехода однополярного режима поздней перми в знакопеременный – триаса, и ларамийская – переход к знакопеременному полю кайнозоя. Таким образом, намечается некоторая корреляционная связь изменения режима геомагнитного поля с тектонической активностью лишь для 5 фаз из 21. Приведенная статистика позволяет заключить, что либо большинство из названных фаз связано с местным характером тектонических движений, либо режим геомагнитного поля не находит отражения в общепланетарных тектонических активизациях Земли. С другой стороны, трудно согласиться с предположением, что глобальная сейсмическая активность перисферы Земли, отражая какое-то повышение активности в ее недрах, не отобразилась бы на режиме магнитного поля.
Динамика перисферы – это следствие и результат именно внутренней активности планеты. Например, повышение сейсмической активности Земли приводит к возникновению дополнительных собственных колебаний сферы, а с нею и внутреннего ядра относительно вязкого внешнего ядра. Это известно из примеров Чилийского и Аляскинского землетрясений. Вероятно, такие дополнительные колебания способны изменить направление ламинарных течений в ядре и тем самым ускорить инверсию геомагнитного поля. Исследования Е.П. Велихова в области магнитной гидродинамики указывают на возможность генерации возмущений в проводящей плазме и их влияние на турбулентность несжимаемой жидкости с «приклеенными» к ней магнитными силовыми линиями.
Следовательно, можно предположить, что салаирская (ранний палеозой), астурийская и заальская (поздний палеозой), пфальцская (начало мезозоя) и ларамийская (кайнозой) фазы отражают какие-то крупные перестройки на уровне внешнего ядра и астеносферы. К некоторым из этих рубежей (палеозой – мезозой) относятся и крупнейшие изменения климата и биосферы.