科学网岩石磁学演绎
一个磁性颗粒,在TC之上,是顺磁状态,在TB和TC之间是SP状态,在TB之下是SD状态。于是,我们很容易得出如下结论:
第一个结论:
TB < TC
也就是说,在一般情况下,我们不能通过获得TB来百分百确定TC,并进一步确定磁性矿物的种类。但是,在实际样品中,由磁性颗粒的t具有一定的分布,有的高,有的低,于是,这就造成其相应的TB也会有一定的分布。除非特殊情况,总有一些颗粒的TB非常接近TC,于是我们可以用最大的TB来替代TC。比如,如果我们发现一个样品的最大TB是570-575°,同时辅助其他的岩石磁学实验,我们可以推断携带剩磁的应该是磁铁矿。
对于一个自然样品,如何才能确定它的TB分布?
这就涉及到古地磁学中最为常见的退磁方式—热退磁。热退磁其实是对有场降温获得TRM的逆过程,它需要在零场中升温再降温。这等同于获得了一个零场磁化下的TRM,其结果新获得TRM当然会等于零,也就是退磁了。
由于TB有一个分布,我们如果采取一步加热方式,就会丢失很多细节。于是,古地磁学中最繁琐的一种实验就出现了,逐步(Stepwise)热退磁法(只要是退磁,都要在零场环境下实施,后面不再赘述)。具体而言,就是不要一下子就升到高温,而是从低温开始,一步一步地实施热退磁过程。比如首先把样品加热到50°,然后降到室温,测量样品的剩磁。之后,把样品加热到100°,再降到室温,测量剩磁。如此反复,一直加热到680°以上。
显而易见,每次的加热温度间隔越小,获得的信息量就越大,但是, 实验所需时间就变得更长,相应的实验费用也就大幅度增加。在信息量和实验时间以及实验所需费用之间,我们需要一个平衡。
很多时候,我们要处理成百上千块样品,每增加一步加热实验,所需工作量都是巨大的。为此,我们采用先行测试的方式,就像当初改革开放先让深圳行动起来,再进行推广一样。我们一般先找几十块特征样本(pilot sample),用小的加热步长获得较为详细的热退磁谱,根据这些特征样品热退磁行为,再对剩余的大批量样品进行实验规划。比如,如果我们发现在300°之前,样品的剩磁基本没有什么改变,那么我们就可以跨过室温和300°之间的步骤,直接就加热到300°,这就大大提高了工作效率。
目前古地磁实验室里还没有自动完成热退磁并进行测量的仪器装置,研究人员需要看守在仪器旁边,甚至昼夜工作。开发热退磁自动测量系统,绝对是新一代古地磁实验室努力的方向。
第二个结论就是SD和SP状态可以相互转换。也就是说对于同样一个磁性颗粒,在一种实验条件下它是SD状态,在另外一种实验条件下又可以变成SP状态。
比如变化温度就是一种有效手段。在室温为SD的磁性颗粒,只要升温就可以让它在TB解阻,变成SP状态。同理如果一个磁性颗粒在室温时是SP状态,说明它的解阻温度TB < 300 K,那么通过降温,在低于TB时,就会变为SD状态。
所谓的高温与低温,其实是相对于我们习惯的室温而言,一般把室温定义为300 K,对于磁性颗粒而言,无所谓高温与低温之分。
除了通过变换温度来改变磁性颗粒的状态,我们还有一种法宝—变换观测频率。
SD颗粒的状态与仪器的观测频率f密切相关。假设SD颗粒的t为1 s,如果仪器的观测频率为2 Hz(0.5 S观测一次),那么在1 s内,通过该仪器可以准确地观测其磁矩状态,也就是磁性颗粒处于稳定的SD状态。
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