РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИРОДНОЇ ЗАЛИШКОВОЇ НАМАГНІЧЕНОСТІ СУЧАСНИХ ҐРУНТІВ
2.1. Відбір та зберігання зразків
Для вивчення природної залишкової намагніченості сучасних ґрунтів ми потребували орієнтованих монолітних зразків, які відбиралися за стандартною палеомагнітною технологією описаною в [20]. Елементи залягання фіксувалися за допомогою гірського компаса. Відбір проводився у пластикові та дюралюмінієві контейнери як з поверхні, так і зі стінок ґрунтових шурфів глибиною до 2 м. Зразки у пластикових контейнерах мали об`єм 9 см3 і додатково заливалися клеєм ПВА або рідким склом для збереження природної вологості. Зразки у дюралюмінієвих контейнерах мали об`єм 350, 170, 98 або 78 см3. Усі відібрані зразки зберігалися відповідно до напрямку геомагнітного поля в умовах відсутності впливу штучних лабораторних магнітних полів.
2.2. Вимірювання природної залишкової намагніченості та магнітної сприйнятливості ґрунтів
Зразки у пластикових контейнерах об`ємом 9 см3 вивчалися на кріогенному магнітометрі. Зразки у дюралюмінієвих контейнерах об`ємом 350, 170, 98, 78 см3 вимірювалися на астатичному магнітометрі.
Для вимірювання намагніченості гірських порід у кріогенному магнітометрі використовується SQUID-сенсор (надпровідний квантовий інтерференційний датчик) магнітного поля [51]. Він змонтований усередині вакуумного кожуху магнітометра біля дна внутрішнього резервуару з гелієм. SQUID-сенсор зроблений на основі технології тонких плівок, яка довела свою надійність, і має дуже низький рівень шуму, менше ніж 2*10-13 Гн*см2. У поєднанні з котушкою, яка передає сигнал на SQUID-сенсор, магнітометр має точність вимірювання сумарного магнітного моменту 10-12А*м2. Виражаючи точність в одиницях намагніченості, кріогенний магнітометр має рівень шуму менше ніж 10-7 А/м для об'єму препарату 10 см3. Чутливість SQUID-сенсора базується на визначенні надзвичайно слабких змін струму у надпровідному колі. Для досягнення чутливості, що вимагається, у колі існує ділянка з малим перетином (?1 мкм). Ця ділянка має назву слабкого з`єднання Джозефсона. У такий спосіб невелика зміна потоку спричиняє надзвичайні коливання густини електричного струму у з`єднанні.
Астатичний магнітометр LAM-24 застосовується для лабораторних вимірювань величини та напряму залишкової намагніченості та об`ємної магнітної сприйнятливості зразків гірських порід. Магнітні параметри вимірюються у магнітному полі Землі. LAM-24 вимірює різницю між горизонтальними компонентами магнітної індукції, яка існує в нижньому та верхньому магнітах астатичної системи. Різниця магнітної індукції ?B[Тесла] спричиняється сумарною намагніченістю досліджуваного зразка Jсум [А/м]. Намагніченість Jсум складаються з 2-х компонентів: залишкової намагніченості Jn[А/м] та індуктивної намагніченості Jі [А/м]. Остання індукується в магнітному полі Землі і дає можливість розраховувати об`ємну магнітну сприйнятливість зразка ? . Jі обчислюється за співвідношенням (1.1).
Модуль Jn розраховується як векторна сума компонент із співвідношення
; (2.1)
Цей метод особливо зручний при обрахунках Q- коефіцієнтів із відношення індуктивної та залишкової намагніченості
, (2.2)
де Z - вертикальна компонента магнітного поля.
Також визначаються кути схилення (D) та нахилення (I) вектора Jn:
Визначивши таким чином індуктивну та залишкову природну намагніченість, з'являється можливість знайти їх векторну суму - сумарну намагніченість Jсум, та її схилення Dсум і нахилення Iсум. Сумарна намагніченість обраховується аналогічно Jn.
2.3. Дослідження температурних залежностей магнітної сприйнятливості та намагніченості насичення грунтів
Зміна магнітних параметрів з температурою є основним критерієм діагностики магнітних мінералів.
Поведінка магнітної сприйнятливості в залежності від температури вивчалася на апаратурі Kappabridge KLY-3S з приставкою CS-3 (Agico Ltd., Czech Republic). Високотемпературна поведінка намагніченості насичення Js вивчалася на вібромагнітометрі у магнітному полі 0,25 Тл у діапазоні температур 20-7000С в лабораторії ОІФЗ РАН (м. Москва).
Температурне розмагнічування Js у полі насичення традиційно використовується для вивчення точок Кюрі феромагнітних мінералів [54-57]. Вплив високих температур руйнує енергетичні бар'єри між стабільними станами, які відповідають мінімальній сумарній енергії системи векторів спонтанної намагніченості доменів, спричинаючи відновлення рівноваги намагніченості при відповідній температурі. Таким чином, як вказують автори [57, стор. 101], "намагніченість зразка у полі насичення зменшується тільки за рахунок зменшення величини Js доменів". Вище певної температури далекосяжне упорядкування спінів атомів Fe порушується і препарат втрачає магнітні властивості. Ця температура, яка називається температурою Кюрі у випадку феромагнітних мінералів і температурою Неєля для антиферимагнітних сполук є діагностичною ознакою певного мінералу. На практиці обидві температури часто називають температурами Кюрі. Вище температури Кюрі намагніченість насичення Js поступово зникає у певному інтервалі температур, так званій області парапроцесу [58], намагніченість, яка реєструється в цій області, пов'язана з парамагнітною фракцією. При наявності у складі препарату кількох магнітних фаз, метод Js(T) краще вказує температуру Кюрі тої з них, яка має більшу намагніченість. Метод не чутливий до змін розмірів зерен і різних структурних неоднорідностей феромагнетиків, відображає тільки зміну кристалохімічного складу речовини. Температурне розмагнічування Js у полі насичення проводилося впродовж двох послідовних нагрівів. Ознакою хімічної зміни, що пройшла протягом нагрівання є хід кривої другого нагріву, що не співпадає з кривою першого.
Н