Magnetyzm w służbie jej wysokości Geologii

Joanna Roszkowska-Remin

24.01.2014

Strona 1 z 2

Praktycznie we wszystkich rodzajach skał występują w niewielkiej ilości minerały ferromagnetyczne. Dzięki ich właściwościom skała nabywa pozostałość magnetyczną, czyli zapis wartości i natężenia pola magnetycznego, któremu została poddana. Wartości pola magnetycznego mogą się zapisać w trakcie powstawania skały (mówi się wtedy, że skała ma pierwotną pozostałość magnetyczną) lub też w trakcie różnorodnych przemian, jakim skała była poddawana (silne naprężenia czy migracja roztworów mogą spowodować wytworzenie się wtórnej pozostałości magnetycznej). Zadaniem paleomagnetyków jest odczytanie pozostałości magnetycznej skał, co oznacza odcyfrowanie paleokierunków i paleonatężenia ziemskiego pola magnetycznego. W dalszej kolejności zebrane informacje wykorzystuje się do interpretacji geologicznych i geofizycznych. Więcej o namagnesowaniu skał

Paleomagnetyzm - zastosowanie

Ustalanie dawnego położenia kontynentów

Informacje o polu magnetycznym w przeszłości wykorzystuje się w badaniach paleogeograficznych, czyli do odtwarzania położenia obszarów na kuli ziemskiej, a nawet całych kontynentów. Dzięki zależności między składowymi wektora pola magnetycznego a szerokością geograficzną można określić, gdzie na kuli ziemskiej tworzyły się badane skały. Na przykład na podstawie danych paleomagnetycznych wiemy, że obszar Gór Świętokrzyskich w ordowiku (ok. 485 milionów lat temu) był w strefie szerokości umiarkowanych - mniej więcej w okolicy 30 równoleżnika, czyli znacznie bardziej na południe niż dzisiaj. Jak to dokładniej działa?

wedrowka bieguna
Obserwowane i modelowane zmiany położenia bieguna magnetycznego w poszczególnych latach

Datowanie zjawisk tektonicznych

Odczytane wartości dawnego pola magnetycznego przydają się także w geologii strukturalnej, której celem jest odtworzenie tektonicznej historii skał. Wykorzystuje się przy tym fakt, że pozostałość magnetyczna nie musi być związana tylko z powstawaniem skały, ale również ze zjawiskami tektonicznymi. Pod wpływem silnych naprężeń skała może pękać lub się wyginać (fałdować). Zjawiska te mogą zachodzić w trakcie jednego epizodu lub być wieloetapowe i trwać setki tysięcy, a nawet miliony lat. W trakcie tych procesów zmienia się niejednokrotnie i natężenie, i kierunki pola magnetycznego. Pod wpływem wysokiej temperatury, ciśnienia oraz przepływu roztworów hydrotermalnch mogą powstawać różne pozostałości magnetyczne powiązane z konkretnymi zdarzeniami tektonicznymi. Wydzielenie różnych pozostałości magnetycznych, powstałych w trakcie takich zdarzeń, może pomóc w rozdzielaniu poszczególnych epizodów deformacji oraz umiejscowieniu ich w czasie. Datowanie w szczegółach

Magnetostratygrafia – czyli określanie wieku skał na podstawie zapisanych w nich zmian biegunów magnetycznych

Jedną z ciekawszych cech ziemskiego pola magnetycznego, którą można wykorzystywać do rozwiązania problemów geologicznych, jest jego zdolność do zamiany biegunów. Na podstawie zmian polarności konstruowane są profile magnetostratygraficzne. Oddziela się skały, które tworzyły się w trakcie polarności normalnej (takiej jak współcześnie występująca), od tych, które powstały w trakcie polarności odwróconej. W ten sposób stworzono globalną skalę magnetostratygraficzną (GPTS - geomagnetic polarity time scale), która opisuje polarność występującą w danych okresach geologicznych. Globalna skala magnetostratygraficzna powstała na podstawie danych otrzymanych głównie ze skał pochodzących z rozsuwającego się dna oceanicznego (dających ciągły zapis zmian polarności przez prawie 200 milionów lat), danych wulkanicznych oraz skał dobrze określonych wiekowo na podstawie skamieniałości. Przyrównanie badanego odcinka skalnego do skali GPTS pozwala na osadzenie profilu w konkretnym czasie. Więcej o magnetostratygrafii

Wykorzystywanie kontrastów geochemicznych, czyli alternatywne metody poszukiwania złóż surowców

Analiza kontrastów geochemicznych jest przydatna np. we wstępnym poszukiwaniu złóż węglowodorów oraz próbach określenia ich poziomego zasięgu. W badaniach wykorzystuje się fakt, iż w złożach, ponad którymi występuje sieć połączonych ze sobą spękań, dochodzi do pionowych mikrowycieków gazu. Migrujące lotne węglowodory (najczęściej metan i butan) powodują zmiany warunków w skałach z oksydacyjnych na redukcyjne, co wywołuje przemiany diagenetyczne. Dla przykładu hematyt, który jest stabilny w warunkach tlenowych, podczas migracji węglowodorów ulega zniszczeniu. Na jego miejsce powstaje magnetyt i pirotyn – minerały trwałe w warunkach redukcyjnych. Nowe minerały magnetyczne uzyskają namagnesowanie odpowiadające natężeniu i kierunkowi pola magnetycznego z czasu wędrówki gazu. Wytworzy to anomalną pozostałość magnetyczną ograniczoną do obszaru migracji węglowodorów. Nowa generacja minerałów będzie się również uwidaczniać w podwyższonej wartości podatności magnetycznej. Najbardziej zmieniona strefa występuje zwykle na głębokości od 60 m do 600 m, znacznie powyżej przeciekających skał zbiornikowych. Bardzie kontrastowy obraz uzyskasz tu

Badania środowiskowe – ocena zanieczyszczeń gleb

Badania magnetyczne wykorzystuje się także w analizach środowiskowych, najczęściej do oceny zanieczyszczenia gleb metalami ciężkimi. Pomiary podatności magnetycznej, czyli miary, z jaką „siłą” dane minerały reagują na zadane pole magnetyczne, w glebach służą do określenia obszaru, który należy poddać bardziej szczegółowym, droższym i pochłaniającym dużo czasu badaniom geochemicznym.

Próbki gruntu pobiera się z głębokości do 20 cm. Na podstawie otrzymanych wyników wykonuje się mapę podatności magnetycznej gleb i wskazuje miejsca anomalii podatności magnetycznej (podwyższone wartości), które zlokalizowane są najczęściej w pobliżu aglomeracji miejskich i obszarów górniczych. Jednakże aby potwierdzić, czy anomalie te są wynikiem jedynie zanieczyszczeń metalami ciężkimi, czy wynikają z naturalnej silnej koncentracji minerałów magnetycznych, trzeba pobrać próbki również z głębszych poziomów glebowych (do około 60 cm głębokości). Porównanie wyników może dać odpowiedź, które anomalie wynikają z zanieczyszczeń przy większych ośrodkach przemysłu (np. w Polsce anomalia wywołana sąsiedztwem Górnośląskiego Zagłębia Węglowego), a które wynikają z naturalnego nagromadzenia nośników magnetycznych. Dla przykładu w regionie sudeckim przeważają skały metamorficzne i magmowe, które dają naturalne, anomalnie wysokie wartości podatności magnetycznej.