Формы залегания интрузивных пород

Среди интрузивных тел в порядке убывания их разме­ров выделяются следующие типы: ареал-плутоны, батолиты, што­ки, лакколиты, лополиты, факолиты, магматические диапиры, дай­ки, интрузивные залежи (силлы), апофизы (языки).

Ареал-плутоны. Представляют собой огромные по площади массивы гранитов и гранитогнейсов, не имеющих определенных очертаний, с поперечными размерами в сотни кило­метров. Распространены они в архейском и нижнепротерозойском фундаменте древних платформ. Внешние границы ареал-плутонов неправильные.

Формируются при неоднократно повторяющих­ся этапах интрузивной деятельности.

Батолиты. Это крупные массивы интру­зивных пород, сложенные главным образом гранитами и гранодиоритами, имеющими площадь выхода на поверхность более 100 км². Известны овальные и округлые батолиты с размерами в многие десятки километров.

Наиболее крупные из батолитов сосредоточены в областях бай­кальской и палеозойской складчатости. Их контакты с вмещающи­ми породами всегда горячие и секущие. Они могут быть ровными, волнистыми, бугорчатыми, зазубренными или иметь вид различно­го рода ветвлений.

Верхняя поверхность батолитов обычно обладает плавными по­логими очертаниями, нарушаемыми многочисленными куполовид­ными выступами различной формы. Боковые поверхности батоли­тов могут быть наклонены от центра, к центру или же быть вертикальными. Геофизи­ческие данные показывают, что вертикальные размеры батолитов чаще составляют 6—10 км. Ниже располагается неровная граница с вмещающими породами, нередко имеющая вид суживающегося книзу корневидного канала.

Магма оказывает воздействие на вмещающие породы: это выражается в из­гибе осей складок в плане параллельно границам боковых поверх­ностей батолитов, в появлении разрывов и иных дефор­маций, указывающих на раздвижение пород в стороны и вверх.

Существует три теории о пространстве, занимаемым батолитом. Согласно одной из них, пространство при формировании батолитов образуется за счет обрушения кров­ли. Обломки кровли, падая в поднимающуюся магму, тонут в ней и постепенно растворяются. По второй гипотезе, породы, сквозь ко­торые поднимается магма, постепенно растворяются и ассимили­руются магмой. Согласно третьей точке зрения, магма, внедряясь в земную кору, приподнимает ее на обширных площа­дях, не нарушая отдельных структур, и образующиеся батолиты располагаются между комплексами пород, различающихся харак­тером развитой в них складчатости и степенью метаморфизма (межформационные батолиты).

Штоками называются интрузивные тела, сложенные преимущественно гранитоидами и имеющие площадь выхода на по­верхность менее 100 км². Форма штоков, округлая или вытянутая. Штоки могут образовывать самостоятельные массивы и тогда характеризуются всеми чертами строения, свойственными батоли­там. Очень часто они представляют собой неглубоко вскрытые эрозией верхние выступы гранитных батолитов.

Лакколитами называются небольшие (до 3—6 км в попе­речнике) грибообразные тела, границы которых согласны с по­верхностями слоистости вмещающих их пород. Лакколиты являют­ся распространенной формой гипабиссальных интрузий. Они образуются в результате нагнетания магмы в межпластовые пространства. Верхние слои, покры­вающие лакколиты, подвергаются интенсивному механическому воздействию магмы и обычно изогнуты в соответствии с контурами лакколита. Высота лакколита чаще меньше их горизонтальной длины, а толщина уменьшается к периферии.

Лополитами называются блюдцеобразные тела, залегаю­щие согласно с вмещающими породами, образованные главным образом основными, ультраосновными или щелочными породами и реже гранитоидами. Могут быть различны и небольшие и огромные. Могут быть приурочены к синклиналям.

Факолитами называются небольшие интрузии, имеющие серповидную форму в разрезе. Они образуются в ядрах антиклинальных или реже синклинальных складок. Мощность фа­колитов измеряется сотнями, в редких случаях тысячами метров. Магма, образующая факолиты, внедряется в ослабленные участка между слоями в замках складок.

Магматические диапиры принадлежат к гипабиссальным вертикальным или крутым интрузиям. Они характеризуются резко вытянутой веретенообразной или грушевидной формой в пла­не и в разрезе, относительно небольши­ми размерами (от десятков метров до нескольких километров) и секущими контактами с вмещающими породами. Магматические диапиры при своем образовании вызывают в окружающих толщах появление разрывов и интенсивные смятия и сами внедряются в ослабленные участки земной коры, вдоль разрывов и крупных трещин.

Дайки представляют собой плитообразные тела, размещающиеся в трещинах земной коры. Они могут быть выполнены различными по составу породами как интрузивными, так и эффузивными. Раз­меры даек очень различны. Подавляющее большинство их залегает круто или вертикально; с вмещающими породами они имеют резко секущие контакты.

Трещины, выполненные дайками, образуются обычно растяжении горных пород. Часто встречаются групповые дайки, образующие пояса. Особую группу составляют кольцевые дайки. Эти дайки развиваются по окружно­сти около центра, выраженного или небольшим штоком интрузивных пород, или кольцевой же дайкой. Мощность даек обычно не превышает нескольких метров.

В вертикальных разрезах кольцевые дайки обычно крутые или почти вертикальные;

Силлы образуются при внедрении магмы вдоль поверхностей наслоения. Их мощность колеблется в широких пределах — от самых тонких инъекций до 600 м, но чаще встречаются силлы мощностью от 10 до 50 м. Сложены силлы раз­личными по составу породами — от гранитов до габбро, однако зна­чительно чаще встречаются залежи основных пород.

Нередко межслойные инъекции магмы образуют серию залежей, расположенных одна над другой и соединенных друг с дру­гом ответвлениями, секущими вмещающие породы. Не всег­да легко отличить интрузивную залежь от излившихся пород (сло­ев застывших лав). Следует иметь в виду, что интрузивная залежь моложе пород кровли и почвы, вто время как потоки застывшей лавы моложе подстилающих пород, но древнее пород кровли. Наи­более надежными признаками, указывающими на принадлежность пород к интрузивной залежи, служат контактовые изменения во вмещающих породах у кровли и подошвы интрузивного тела и оторочка закала, а также присут­ствие тонких жилок и ответвлений (апофиз) в породах кровли.

Апофизы (языки) представ­ляют собой небольшие, слепо за­канчивающиеся ответвления от крупных магматических тел.

Приведенные выше формы инт­рузивных тел гранитного состава по отношению к слоистости вмеща­ющих их пород делятся на две группы: согласные и несогласные.

Ограничивающие поверхности у согласных интрузий параллельны слоистости. Несогласные интрузии прорывают вмещающие слои­стые толщи, и их контакты имеют отличную от слоистости фор­му и иное залегание. К согласным интрузиям относятся: лакколи­ты, факолиты, силы, лополиты; к несогласным — батолиты, штоки, дайки.

В общей структуре складчатых областей интрузии занимают различное положение. Они могут быть ориентированы согласно с общим направлением складок, а могут и нет.

Внедряющаяся магма всегда воздействует на окружаю­щие породы. Под влиянием выделяющихся из нее паров и газов и высокой температуры вмещающие толщи изменяются и перекристаллизовываются с образованием роговиков, скарнов и других контактово-метаморфических пород, причем степень этого измене­ния постепенно убывает при удалении от контакта интрузии. Ши­рина зон контактов измененных пород (экзоконтактовые зоны) у различных интрузий и даже у одной и той же интрузии бывает неодинакова. Наиболее широкие ореолы контактового метаморфизма, достигающие 1—3 км, развиваются вокруг интрузий гранитов, тогда как у интрузий среднего и основного состава ширина их часто не превышает одного или нескольких метров. Мощность контактовых ореолов над кровлей интрузивных тел почти всегда боль­ше, чем у их боковых поверхностей.

Существует холодный контакт, горячий и тектонический.

По Благовидову:

Эффузивные породы делятся на Покровные структурные комплексы (делятся на потоки и покровы) и комплекс подводящих каналов.

 

Вопрос 3. Важнейшие группы ископаемых животных и растений, их значение для стратиграфии и палеогеографических реконструкций.

Группы имеющие большое стратиграфическое значение называются архистратиграфическими (см отв. к метод). Для определненного периода или эры имеются свои такие группы.

В докембрии изотопная стратиграфия.

1. Кембрий. Археоциаты

2. Кембрий, Ордовик – трилобиты

3. Силур, Девон – граптолиты, конодонты (остатки челюстного аппарата животных)

4. Ордовик – Девон – Брахиоподы

5. Карбон – Пермь – конодонты.

Проще говоря: Археоциаты (только кембрий). В общем для палеозоя архистратиграфическими являются: трилобиты, граптолиты, конодонты, брахиоподы.

По этим группам строятся наиболее дробные (детальные) стратиграфические шкалы – зональные шкалы.

В мезозое архи(орто)стратиграфической группой становятся головоногие моллюски (Cephalopoda, ammonoidea). В триасе – цератиты, а в юре и мелу – аммониты (отличаются лопастной линией). Некоторые группы двустворок (иноцерамы, бухии). А так же фораминиферы, остракоды – микрофауна. Из растений это одноклеточные водоросли – динофлагелляты, споры и пыльца.

В кайнозое – фораминиферы, споры и пыльца.

ОЧЕНЬ ВАЖНО – споры и пыльца растений – это то единственное что позволяет нам коррелировать морские и континентальные отложения.

Палеогеографические реконструкции отражают положение линии суша/море. Так же их целью является выделение климатических поясов. Для этого активно привлекается флора и фауна.

Пресноводные: ракоскорпионы, филлоподы,

Растения: Псилофиты (силур, девон), древовидные плауны, хвощи, папоротники (Девон, Карбон, Пермь). С карбона: голосемянные папоротники, голосемянные (типа хвойных). Мезозой: Папоротники, Голосемянные: хвойные, цикадовые, беннетитовые. С верхнего мела: Покрыто семянные. Кайнозой: Хвойные и цветковые+покрыто семянные.

Архей: Прокариоты – безъядерные. В конце протерозоя (венд) появляется идиокарская фауна многоклеточных безскелетных организмов. Начиная с кембрия взрыв ископаемыхJ появляется внешний скелет карбонатный и кремниевый. Возникли почти все основные группу, которые дожили до сих пор (Моллюски (наутилоидеи с ордовика), кораллы, хордовые, членистоногие, брахиоподы). Кораллы – табуляты, четырехлучевые. Трилобиты из членистоногих. Рыбы в девоне, насекомые, примитивные аммоноидеи. В палеозое была очень слабо проявлена климатическая зональность.

Мезозой. Наземные растения (с силура), животные. Господствуют с Перми пресмыкающиеся. ДИНОЗАВРЫ!!! Происходит расцвет головоногих (аммониты, белемниты, кальмары) и двустворчатых моллюсков. Значительно уменьшается роль брахиопод в донных биоценозах. Значительную роль играют гекса и окта кораллы. Так же фораминиферы, кокколитофориды (известковый наннопланктон). Папоротники, Голосемянные: Хвойные, цикадовые, беннетитовые. С верхнего мела: Покрыто семянные.

Высшие наземные растения имеют значение для расчленения континентальных отложений, но со значительно меньшей детальностью. Более резкая климатическая зональность.

Кайнозой. Вымирают многие группы фауны. Напрочь вымирают аммониты, динозавры. Из растений преобладают покрытосемянные.

Вопрос 3. Аномалии силы тяжести, их виды, корреляция их значений с рельефом.

Гравитационными аномалиями Δg называются отклонения реального гравитационного поля g от его модели γ, принятой в качестве нормального поля: Δg=g-γ.

(формула плоха тем, что g и γ измеряются в разных точках- g измеряется на поверхности Земли (относится к точке наблюдения), γ – на поверхности сфероида. Разность высот между ними определяется высотой точки наблюдения над геоидом h и высотой геоида над сфероидом ζ). Из-за большого вертикального градиента силы тяжести это различие высот существенно. Поэтому необходимо приводить g и γ в одну точку (или g к поверхности сфероида, или γ в точку измерения g).

Сама концепция аномалий требует исключения масс, которые не являются объектами изучения. Роль играют только плотностные неоднородности в Земле, но некоторые из них, прежде всего связанные с рельефом земной поверхности, такими объектами не являются. Их влияние нужно исключить вместе с нормальным полем. Такое конструирование масс, подлежащих исключению, называется регуляризацией нормальной модели Земли. Обе процедуры (приведение и регуляризация) решают редукционную проблему.

Система поправок для получения определенного вида аномалий наз-ся редукцией силы тяжести.

Геологические требования к аномалиям силы тяжести:

1. неважно, на какой поверхности заданы аномалии, геоид здесь не имеет преимущества. Желательно, чтобы эта поверхность была гладкой, в противном случае возможен пересчёт аномалий со сложной поверхности на простую при интерпретации аномалий.

2. неважно есть ли массы над геоидом; многие реальные массы действительно расположены над геоидом. Исключаем эффект масс, не являющихся объектами изучения (массы, образованные рельефом земной поверхности).

3. требуется сохранение аномальных масс и положения их центров => неприемлемо приведение аномалий к геоиду.

4. интерполируемость аномалий

=> для геол. целей удобны аномалии,в которых не содержится влияния рельефа, а если оно есть, то аномалии должны хорошо интерполироваться. Влияние масс рельефа устраняется аппроксимацией топографического эффекта влиянием плоского слоя Δg_пс с добавлением поправки за рельеф Δg_рф. => Δg_т =Δg_пс +Δg_рф

(Δg_пс =2πGσ₀h, a Δg_рф учитываем лишь в ближней окрестности пункта наблюдения(не далее 30км), часто этой поправкой пренебрегают).

1. Для приведения измеренного значения g_н к уровню океана вводят поправку за высоту без учёта масс рельефа. Δg₁. Эту поправку называют поправкой Фая.

Δg=V_zzδz,где V_zz-средний вертикальный градиент в интервале δz между точками.

Аномалии силы тяжести, вычисленные с учетом поправки за высоту без учёта масс рельефа, называются аномалиями Фая:

Δg(x,y,z)= g(x,y,z)-γ₀(x,y,0)+(2γ₀/R)h

(--||-- с учетом рельефа Δg(x,y,h)= g(x,y,h)-γ₀(x,y,0)+(2γ₀/R)h+Δg_рф

Аномалии Фая плохо интерполируется из-за рельефа. Пренебрегая влиянием локальных плотностных неоднородностей в земной коре, эти несоответствия можно снять. Измеренные величины g формально приводятся на геоид поправкой (2γ₀/R)h, учитывающей только нормальный вертикальный градиент.

=> аномалии Фая обнаруживают специфическую корреляцию с рельефом – уравнение регрессии имеет вид: Δg_ф=А+В(h-h_cp), где А-влияние геологических неоднородностей, не затрагивающееся поправками; В - коэф-т, близкий к 2πGσ₀; h_cp-высоты рельефа, осредненные по площади более 10³ км²

=> aномалии Фая коррелируют с локальными формами рельефа, региональный рельеф на аномалии влияния не оказывает. Это объясняется гравитационным влиянием масс литосферы, создающих изостатическую компенсацию рельефа земной поверхности.

Из-за корреляции с рельефом аномалии Фая не пригодны при исследовании плотностных неоднородностей.

2. Аномалии Буге вычисляются следующим образом:

Δg_Б=g-γ₀+(2γ₀/R)h-2πGσ₀h+ Δg_рф

Модель нормальной Земли для аномалий Буге включает топографические массы (в т.ч. дна океанов), гравитационный эффект к-х вычисляется в точках наблюдений. Аномалии Буге относятся к пунктам измерения g. Источниками аномалий Буге являются плотностные неоднородности в Земле, кроме рельефа её поверхности. Наилучшим образом отображают неоднородность земной коры и верхней мантии и чаще всего используются при гравиразведке.

Аномалии Буге, как показывает их распределение на поверхности, обнаруживают тесную корреляцию с рельефом. Уравнение регрессии: Δg_Б =А-Вh_cp (А-влияние геологических неоднородностей, не затрагивающееся поправками; В - коэф-т, близкий к 2πGσ₀ ; h_cp-средние значения высот при осреднении в области с характерным размером порядка 100 км)

Особенно отчётлива отрицательная корреляция аномалий Буге с осредненным рельефом в горных областях, где Δg_Б<<0, до -500 мГл в районах высокогорий, и на океанах, где Δg_Б>>0, до 500 мГл.

Если, как в аномалиях Фая, не исключать влияния рельефа, получаем близкое в среднем аномальное поле для континентов и океанов, а исключая эффект топографических масс в аномалиях Буге, создаем аномалии, по знаку и величине близкие к вводимой поправке Dgпс (=2πGσ₀h. в каждой точке на свою величину изменяет массу Земли), как будто эти массы не влияют на гравитационное поле.

3. Изостатические аномалии силы тяжести – модели распределения компенсационных масс, гравитационный эффект которых учитывается изостатической поправкой (за компенсацию Δ_кg)

Изостатические аномалии вычисляются след. образом:

Δg_и=g-γ₀+2γ₀h/R- Δ_Tg+ Δ_Kg

(cуществуют 2 главные гипотезы о закономерностях распределения компенсационных масс: Пратта (легкие массы литосферы находятся на континентах с высокими горами, океаничекая литосфера более плотная) и Эри (блоки земной коры одинаковой плотности погружены в мантию тем глубже, чем выше рельеф поверхности Земли).

По изостатическим аномалиям нельзя установить модель распределения компенсационных масс данного региона (Пратта, Эри или их комбинация). Поэтому невозможно корректировать модели масс по результатам интерпретации аномалий (обычно используют данные сейсмических зондирований и интерпретации гравитационных аномалий Буге).

Билет №9.

Вопрос 1.

Основные вулканические породы нормального ряда и геодинамические условия их проявления.

45<SiO₂<53; 0,5<(Na₂O + K₂O)<4,5 мас.%

 

Семейства	Пикробазальты	Мелабазальты	Базальты	Лейкобазальты
Виды ГП	Пикробазальт	Мелабазальт	Оливиновый базальт	Базальт	Плагиобазальт	Гиперстеновый базальт
Модальный минеральный состав, об. %	Вкр. Cpx Ol; О.м.: Ol, Cpx, Mag, Pl <35, +стекло	Вкр. Cpx + Ol, Opx О.м.: Cpx,+Ol, Opx, Pl, стекло	Вкр. Pl.   Ol, Cpx О.м.: Pl, Cpx, Ol, Mag, + Opx,Hbl, стекло.	Вкр. Pl. Cpx, +Ol, Opx; О.м.: Pl, Cpx, Mag, Opx; +, стекло.	Вкр. Pl О.м.: Pl, Cpx, Opx,Hbl, стекло + Qtz.	Вкр. Pl. Cpx Cpx, Opx, Mag, + Ol О.м. Pl, Cpx, Opx;
Некоторые разновидности	В бонинит-марианитовых сериях две разновидности: Opx>Cpx(марианобазальт); Cpx>Opx(бонибазальт). Мелабазальт коматиитовых серий(коматиитовый базальт)
Характерные особенности		Структура спинифекс у коматиитовых базальтов.		Структура только порфировая, часто сериальнопорфировая.

 

Бониниты: слагают основания островных дуг. Это специфические высоко магнезиальные андезиты. Обладают признаками УО пород(MgO 20-25%) и средних(SiO₂ 59%, стекло кислого состава). Расположены выше офиолитов и среди них. Формируются в перегретых магмах на небольших глубинах. Часто в ассоциации с дацитами и риолитами.

Вопрос 2.

Литосфера и астеносфера. Явление изостазии.

Являются чисто физическими понятиями. Исходным основанием для выделения астеносферы – ослабленной пластичной оболочки, подстилающей более жесткую и хрупкую литосферу – была необходимость объяснить изостатическую уравновешенность коры, обнаруженную при изменениях силы тяжести у подножия горных сооружений.

Изостазия – стремление ЗК к уравновешенности за счёт мантии.

2 способа осуществления изостазии:

1) Заключается в том, что горы обладают корнями, погруженными в мантию, т. е. изостазия обеспечивается вариациями мощности ЗК и нижняя поверхность ЗК обладает рельефом, обратным рельефу земной поверхности (Дж. Эри).

 

2) Участки повышенного рельефа должны быть сложены менее плотными породами, а участки пониженного – более плотными (Пратт).

Уравновешенность континента и океана достигается комбинацией обоих механизмов – кора под океанами и много тоньше и заметно плотнее чем под континентами.

 

Астеносфере принадлежит ведущая роль в движениях литосферы. Её течение увлекает за собой литосферные плиты и вызывает их горизонтальное перемещение. Т. о. из двух оболочек, составляющих тектоносферу, астеносфера является активным, а литосфера – относительно пассивным элементом. Их взаимодействие определяет тектоническая и магматическая «жизнь» ЗК.

 

В осевых зонах срединно-океанических хребтов кровля астеносферы находится на глубине всего 3-4 км. По мере движения к периферии океанов толщина литосферы увеличивается за счёт верхов мантии и может достигать 80-100 км.

В центральных частях континентов, особенно под щитами древних платформ мощность литосферы измеряется уже 150-200 км.

Астеносфера - пластичный слой, способный к перетеканию из областей повышенного геостатического давления в области пониженного давления и с меньшей по сравнению с литосферой вязкостью.

Свойства:

· пониженные скорости сейсмических волн

· пониженное электрическое сопротивление

· повышенные затухания сейсмических волн

· частично расплавленное состояние слагающего ее вещества (пленка расплава вокруг твердых зерен снижает вязкость и увеличивает пластичность)

· главный источник магматической деятельности на Земле (базальтовый состав магм)

· обеспечивает движение литосферных плит

· изменение вязкости астеносферы по латерали (чем выше тепловой поток идущий из недр, тем на меньшей глубине переход литосферы к астеносфере, и тем мощнее астеносфера)

· глубина кровли:

- 3-5 км в СОХ

- 80-100 на периферии

- 150-200 в центральных частях континентов.

Вопрос 3.

Палинология изучает морфологию и систематику современных и ископаемых спор и пыльцы, а также закономерности рассеивания и захоронения. Используется для биостратиграфического расчленения вмещающих пород, восстановления растительности, климата, рельефа и других палеогеографических условий. Спорово-пыльцевой анализ применяется в различных областях геологии, палеогеографии и палеофлористики.

Палеогеография – по спорам и пыльце мы можем определить ландшафт (болота, горы…). Сушу и море – ближе к берегу – споры и пыльца, в море – фораминиферы.

Стратиграфия – некоторые споры и пыльца являются архистратиграфическими группами. Детально можем делить, так как сохранность очень высокая!

Микропалеонтология изучает микроскопические объекты (фораминиферы и др.). Значение – позволяет решать геологические задачи на тех толщах, которые скрыты. Архистратиграфическая группа в стратиграфии. В тёплых водах извлекают СаСО₃ из воды и осаждают его на панцирь. Для палеогеографии – есть теплолюбивые и солёнолюбивые. Определяем глубинность и солёность вод. В солёных водах – агглютинирующие, в пресных водах – известковистые.

Вопрос 4.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ.

Действует на движущиеся заряженные частицы и токи. Его можно описать уравнением Максвелла: 1)rotH=0; 2)divB=0. Н- напряженность поля, В- магнитная индукция.

Изпервого уравнения следует, что поле Н является безвихревым и потенциальным.

Дипольный магнитный момент Земли на 1970 составлял 7,98·10²⁵ Гс/см³ (или 8,3·10²² А.м²), уменьшаясь за десятилетие на 0,04·10²⁵ Гс/см³. Средняя напряженность поля на поверхности составляет около 0,5 Э (5·10^–5 Тл). По форме основное магнитное поле Земли до расстояний менее трех радиусов близко к полю эквивалентного магнитного диполя. Его центр смещен относительно центра Земли в направлении на 18° с.ш. и 147,8° в. д. Ось этого диполя наклонена к оси вращения Земли на 11,5°. На такой же угол геомагнитные полюса отстоят от соответствующих географических полюсов. При этом южный геомагнитный полюс находится в северном полушарии. В настоящее время он расположен недалеко от северного географического полюса Земли в Северной Гренландии. Его координаты j = 78,6 + 0,04° Т с.ш., l = 70,1 + 0,07° T з.д., где Т – число десятилетий от 1970. У cеверного магнитного полюса j = 75° ю.ш., l = 120,4° в.д. (в Антарктиде). Реальные магнитные силовые линии магнитного поля Земли в среднем близки к силовым линиям этого диполя, отличаясь от них местными нерегулярностями, связанными с наличием намагниченных пород в коре. В результате вековых вариаций геомагнитный полюс прецессирует относительно географического полюса с периодом около 1200 лет. На больших расстояниях магнитное поле Земли несимметрично. Под действием исходящего от Солнца потока плазмы (солнечного ветра) магнитное поле Земли искажается и приобретает «шлейф» в направлении от Солнца, который простирается на сотни тысяч километров, выходя за орбиту Луны.

Происхождение магнитного поля. Наблюдаемые свойства магнитного поля Земли согласуются с представлением о его возникновении благодаря механизму гидромагнитного динамо. В этом процессе первоначальное магнитное поле усиливается в результате движений (обычно конвективных или турбулентных) электропроводящего вещества в жидком ядре планеты или в плазме звезды. При температуре вещества в несколько тысяч К его проводимость достаточно высока, чтобы конвективные движения, происходящие даже в слабо намагниченной среде, могли возбуждать изменяющиеся электрические токи, способные, в соответствии с законами электромагнитной индукции, создавать новые магнитные поля. Затухание этих полей либо создает тепловую энергию (по закону Джоуля), либо приводит к возникновению новых магнитных полей. В зависимости от характера движений эти поля могут либо ослаблять, либо усиливать исходные поля. Для усиления поля достаточно определенной асимметрии движений. Таким образом, необходимым условием гидромагнитного динамо является само наличие движений в проводящей среде, а достаточным – наличие определенной асимметрии (спиральности) внутренних потоков среды. При выполнении этих условий процесс усиления продолжается до тех пор, пока растущие с увеличением силы токов потери на джоулево тепло не уравновесят приток энергии, поступающей за счет гидродинамических движений.

Динамо-эффект – самовозбуждение и поддержание в стационарном состоянии магнитных полей вследствие движения проводящей жидкости или газовой плазмы. Его механизм подобен генерации электрического тока и магнитного поля в динамо-машине с самовозбуждением. С динамо-эффектом связывают происхождение собственных магнитных полей Солнца Земли и планет, а также их локальные поля, например, поля пятен и активных областей.

Составляющие геомагнитного поля. Собственное магнитное поле Земли (геомагнитное поле) можно разделить на cледующие три основные части.

1. Основное магнитное поле Земли, испытывающее медленные изменения во времени (вековые вариации) с периодами от 10 до 10 000 лет, сосредоточенными в интервалах 10–20, 60–100, 600–1200 и 8000 лет. Последний связан с изменением дипольного магнитного момента в 1,5–2 раза.

2. Мировые аномалии – отклонения от эквивалентного диполя до 20% напряженности отдельных областей с характерными размерами до10 000 км. Эти аномальные поля испытывают вековые вариации, приводящие к изменениям со временем в течение многих лет и столетий. Примеры аномалий: Бразильская, Канадская, Сибирская, Курская. В ходе вековых вариаций мировые аномалии смещаются, распадаются и возникают вновь. На низких широтах имеется западный дрейф по долготе со скоростью 0,2° в год.

3. Магнитные поля локальных областей внешних оболочек с протяженностью от нескольких до сотен км. Они обусловлены намагниченностью горных пород в верхнем слое Земли, слагающих земную кору и расположенных близко к поверхности. Одна из наиболее мощных – Курская магнитная аномалия.

4. Переменное магнитное поле Земли (так же называемое внешним) определяется источниками в виде токовых систем, находящимися за пределами земной поверхности и в ее атмосфере. Основными источниками таких полей и их изменений являются корпускулярные потоки замагниченной плазмы, приходящие от Солнца вместе с солнечным ветром, и формирующие структуру и форму земной магнитосферы.

Структура магнитного поля земной атмосферы. Земное магнитное поле находится под воздействием потока намагниченной солнечной плазмы. В результате взаимодействия с полем Земли образуется внешняя граница околоземного магнитного поля, называемая магнитопаузой. Она ограничивает земную магнитосферу. Из-за воздействия солнечных корпускулярных потоков размеры и форма магнитосферы постоянно меняются, и возникает переменное магнитное поле, определяемое внешними источниками. Его переменность обязана своим происхождением токовым системам, развивающимся на различных высотах от нижних слоев ионосферы до магнитопаузы. Изменения магнитного поля Земли во времени, вызванные различными причинами, называются геомагнитными вариациями, которые различаются как по своей длительности, так и по локализации на Земле и в ее атмосфере.

Магнитосфера – область околоземного космического пространства, контролируемая магнитным полем Земли. Магнитосфера формируется в результате взаимодействия солнечного ветра с плазмой верхних слоев атмосферы и магнитным полем Земли. По форме магнитосфера представляет собой каверну и длинный хвост, которые повторяют форму магнитных силовых линий. Подсолнечная точка в среднем находится на расстоянии 10 земных радиусов, а хвост магнитосферы простирается за орбиту Луны. Топология магнитосферы определяется областями вторжения солнечной плазмы внутрь магнитосферы и характером токовых систем.

Хвост магнитосферы образовансиловыми линиями магнитного поля Земли, выходящими из полярных областей и вытянутых под действием солнечного ветра на сотни земных радиусов от Солнца в ночную сторону Земли. В итоге плазма солнечного ветра и солнечных корпускулярных потоков как бы обтекают земную магнитосферу, придавая ей своеобразную хвостатую форму. В хвосте магнитосферы, на больших расстояниях от Земли, напряженность магнитного поля Земли, а следовательно и их защитные свойства, ослабляются, и некоторые частицы солнечной плазмы получают возможность проникнуть и попасть во внутрь земной магнитосферы и магнитных ловушек радиационных поясов. Проникая в головную часть магнитосферы в область овалов полярных сиянийпод действием изменяющегося давления солнечного ветра и межпланетного поля, хвост служит местом формирования потоков высыпающихся частиц, вызывающих полярные сияния и авроральные токи. Магнитосфера отделена от межпланетного пространства магнитопаузой. Вдоль магнитопаузы частицы корпускулярных потоков обтекают магнитосферу. Влияние солнечного ветра на земное магнитное поле иногда бывает очень сильным. Магнитопауза–внешняя граница магнитосферы Земли (или планеты), на которой динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением собственного магнитного поля. При типичных параметрах солнечного ветра подсолнечная точка удалена от центра Земли на 9–11 земных радиусов. В период магнитных возмущений на Земле магнитопауза может заходить за геостационарную орбиту (6,6 радиусов Земли). При слабом солнечном ветре подсолнечная точка находится на расстоянии 15–20 радиусов Земли.

Солнечный ветер – истечение плазмы солнечной короны в межпланетное пространство. На уровне орбиты Земли средняя скорость частиц солнечного ветра (протонов и электронов) около 400 км/с, число частиц – несколько десятков в 1 см³.

Магнитная буря. Локальные характеристики магнитного поля изменяются и колеблются иногда в течение многих часов, а потом восстанавливаются до прежнего уровня. Это явление называется магнитной бурей. Магнитные бури часто начинаются внезапно и одновременно по всему земному шару.

Геомагнитные вариации. Изменение магнитного поля Земли во времени под действием различных факторов называются геомагнитными вариациями. Разность между наблюдаемой величиной напряженности магнитного поля и средним ее значением за какой-либо длительный промежуток времени, например, месяц или год, называется геомагнитной вариацией. Согласно наблюдениям, геомагнитные вариации непрерывно изменяются во времени, причем такие изменения часто носят периодический характер.

Cуточные вариации. Cуточные вариации геомагнитного поля возникают регулярно в основном за счет токов в ионосфере Земли, вызванных изменениями освещенности земной ионосферы Солнцем в течение суток.

Нерегулярные вариации. Нерегулярные вариации магнитного поля возникают вследствие воздействия потока солнечной плазмы (солнечноговетра) на магнитосферу Земли, а так же изменений внутри магнитосферы и взаимодействия магнитосферы с ионосферой.

27-дневные вариации. 27-дневные вариации существуют как тенденция к повторению увеличения геомагнитной активности через каждые 27 дней, соответствующих периоду вращения Солнца относительно земного наблюдателя. Эта закономерность связана с существованием долгоживущих активных областей на Солнце, наблюдаемых в течении нескольких оборотов Солнца. Эта закономерность проявляется в виде 27-дневной повторяемости магнитной активности и магнитных бурь.

Сезонные вариации. Сезонные вариации магнитной активности уверенно выявляются на основании среднемесячных данных о магнитной активности, полученных путем обработки наблюдений за несколько лет. Их амплитуда увеличивается с ростом общей магнитной активности. Найдено, что сезонные вариации магнитной активности имеют два максимума, соответствующие периодам равноденствий, и два минимума, соответствующие периодам солнцестояний. Причиной этих вариаций является образование активных областей на Солнце, которые группируются в зонах от 10 до 30° северной и южной гелиографических широт. Поэтому в периоды равноденствий, когда плоскости земного и солнечного экваторов совпадают, Земля наиболее подвержена действию активных областей на Солнце.

11-летние вариации. Наиболее ярко связь между солнечной активностью и магнитной активностью проявляется при сопоставлении длинных рядов наблюдений, кратных 11 летним периодам солнечной активности. Наиболее известной мерой солнечной активности является число солнечных пятен. Найдено, что в годы максимального количества солнечных пятен магнитная активность также достигает наибольшей величины, однако возрастание магнитной активности несколько запаздывает по отношению к росту солнечной, так что в среднем это запаздывание составляет один год.

Вековые вариации – медленные вариации элементов земного магнетизма с периодами от нескольких лет и более. В отличии от суточных, сезонных, и других вариаций внешнего происхождения, вековые вариации связаны с источниками, лежащими внутри земного ядра. Амплитуда вековых вариаций достигает десятков нТл/год, изменения среднегодовых значений таких элементов, названы вековым ходом. Изолинии вековых вариаций концентрируются вокруг нескольких точек – центры или фокусы векового хода, в этих центрах величина векового хода достигает максимальных значений.

Билет №10.

Принципы и методы изотопной геохронологии

Численные оценки возраста горных пород, используемые в наше время,основаны на данных радиоактивного распада некоторых элементов. Установленный таким образом возраст следует называть