МАГНИТ-1961
В свободное от маршрутов время сочинение на тему " Магнитная память и геология" и некоторые соображения, навеянные этой темой. С этой темой я неоднократно выступал в различных аудиториях Магадана вплоть до Красной Яранги.
Вышла статья в журнале «Колыма», 1965: «Магнитная память и геология».
МАГНИТНАЯ ПАМЯТЬ ... эти слова уже прочно входят в обиход, они звучат вместе с такими понятиями как кибернетика, информация, запоминающие устройства, мыслящие машины; с другой стороны, - это всем знакомый и прочно вошедший в наш быт МАГНИТОФОН. Магнитная память - это замечательное уникальное свойство ферромагнитных* минералов, таких как магнетит, железо -
-------------------------------------------------------------
* правильнее называть такие минералы магнитноупорядоченными, т.к. ферромагнетизм - это только один из видов магнитного упорядочения. Я сохраняю терминологию времени написания статьи. Тем более, что и до сих пор многие используют термин ферромагнетизм и как общее название явления, и как частный его случай и, более того, как название науки!
Это очень неудобно... (заметка 1995)
- остаточная намагниченность. Если вы внесете такой минерал в магнитное поле (или он будет кристаллизоваться, остывать, осаждаться и т.п. в магнитном поле), то он намагнитится, т.е. приобретет в зависимости от своей восприимчивости определенный магнитный момент или намагниченность (магнитный момент единицы объема материала). Это происходит с большинством веществ, но их восприимчивость очень мала (примерно в 10000 раз меньше, чем у магнетита) и соответственно они намагничиваются очень слабо. Если теперь магнитное поле "убрать", то обычный материал полностью потеряет свой намагниченность, его магнитный момент окажется равным нулю, тогда как ферромагнитный* материал останется намагниченным. Сохранившаяся в нулевом поле часть намагниченности называется ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТЬЮ. Дело в том, что в ферромагнетике* до внесения в магнитное поле существуют участки собственной СПОНТАННОЙ намагниченности, так называемые ДОМЕНЫ. Эти домены расположены в "размагниченном" состоянии ферромагнетика так, что их суммарная намагниченность равна нулю. Под действием внешнего магнитного поля часть доменов, направление намагниченности которых близко направлению внешнего поля, увеличиваются за счет "поедания" соседних доменов. С ростом поля идет не только "поедание" соседей, но и поворот направлений магнитных моментов доменов и, в конечном счете, весь материал оказывается намагничен как один домен - это состояние НАСЫЩЕНИЯ. Дальше поле сколько не увеличивай общая намагниченность остается постоянной - это НАМАГНИЧЕННОСТЬ НАСЫЩЕНИЯ. Она равна сумме спонтанных намагниченностей всех доменов материала. То-есть, строго говоря, ферромагнетик не намагничивается, а только перемагничивается.
Процесс намагничивания необратим, при снятии внешнего поля прежние границы доменов полностью не восстанавливаются, в результате намагниченность магнитного материала уже не будет равна нулю, появится та самая ОСТАТОЧНАЯ намагниченность (явление МАГНИТНОГО ГИСТЕРЕЗИСА).
Эффект остаточной намагниченности лежит в основе магнитной памяти. Но появления остаточной намагниченности далеко недостаточно, чтобы "помнить", нужно СОХРАНЯТЬ запоминаемый образ длительное время. Как показали экспериментальные и теоретические исследования, остаточная намагниченность таких минералов как магнетит, гематит, особенно мелких зерен с разными структурными дефектами, обладают высокой магнитной стабильностью, т.е. способностью сохранять длительное время вплоть до миллионов и даже миллиардов лет свои величину и направление. Причем состояние зерен, а, следовательно, и стабильность остаточной намагниченности очень чувствительна к условиям образования магнитных минералов (температура, давление, окислительные условия).
Физики изготавливают тонкие порошки ферромагнетиков, наносят их на пленку. На такие пленки в виде изменений величины и направления магнитного поля можно записать любой физический процесс. Наглядный пример - магнитофон, звукозапись на пленку с порошком магнетита, маггемита (вариант магнетита, в котором полностью окислено двухвалентное железо в трехвалентное, такой порошок "не боится" окисления). Физик сам создает магнитный материал с нужными свойствами, сам фиксирует исследуемые процессы.
Гораздо сложнее ситуация в природе, где мы ничего не знаем о процессе, а только имеем дело с конечным его результатом. К счастью, среди естественных минералов практически во всех породах присутствуют пусть в мизерных количествах (современная аппаратура имеет достаточно высокую чувствительность, чтобы измерить их естественную остаточную намагниченность и изучить ее свойства) ферромагнитные минералы. Это, прежде всего, серии твердых растворов магнетит-ульвошпинель, так называемые титаномагнетиты, и гематит-ильменит, кроме того, довольно часто встречается ферромагнитный сульфид железа - пирротин.
Земля - магнит, следовательно, образование и последующая жизнь магнитных минералов происходит в магнитном поле Земли. Значит магнитные минералы должны "запоминать" и условия их образования (и преобразования), и величину и направление магнитного поля Земли этого времени. Все это фиксируется в их остаточной намагниченности. Следовательно, в руки геолога поступает уникальный ключ к раскрытию многих тайн о процессах, происходивших в Земле, в земной коре, в ее ядре во время образования ферромагнитных минералов. Круг решаемых задач может оказаться чрезвычайно широким, т.к. ферромагнитные минералы образуются в самых различных геологических ситуациях, они присутствуют во всех горных породах и рудах и кристаллизуются на самых разных стадиях геологических процессов. Я уж не говорю о колоссальных косвенных возможностях геологического познания через исследования магнитного поля Земли различных районов и различных геологических эпох.
Трудно наперед предсказать, что может раскрыть нам магнитная память Земли. Я остановлюсь только на некоторых проблемах, решению которых магнитная память уже теперь помогает.
1. ПАЛЕОМАГНИТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. Совпадение направления остаточной намагниченности тела с направлением внешнего магнитного поля, ее создавшего, позволяет изучать структуру геомагнитного поля, его изменения во времени, чем и занимается ПАЛЕОМАГНЕТИЗМ**. Собственно палеомагнетизму нет и двадцати лет, а бурное его развитие началось всего лишь 10 лет назад.
-------------------------------------------------------------
** с восьмидесятых годов по предложению А.Н.Храмова под этим термином понимается явление ископаемого магнетизма, а наука, занимающаяся его изучением, названа ПАЛЕОМАГНИТОЛОГИЕЙ (заметка 1995)
-------------------------------------------------------------
Палеомагнитными исследованиями установлено, что геомагнитное поле в среднем за большие промежутки времени имеет осевое строение. Ось магнитного поля Земли совпадает с осью ее вращения. В результате, по палеомагнитным данным можно изучать изменения во времени положения географических полюсов Земли. Оказывается, за последний миллиард лет полюс пропутешествовал от берегов Северной Америки по Тихому океану до его центра, спустился южнее экватора (современного), оттуда - до Японии, Камчатки, пересек Чукотку и добрался до близкого современному положения несколько миллионов лет назад. Траектория движения полюса сложная и изучена в настоящее время далеко недостаточно. В большинстве случаев палеомагнитные данные вполне согласуются с палеоклиматическими. Следовательно, уже теперь можно использовать магнитную память при палеогеографических, палеоклиматических построениях.
Детальное изучение траектории движения полюсов должно оказать большую помощь геохронологии (решение обратной задачи - по установленному положению полюса определить возраст пород, из которых отобраны образцы). При изучении положения магнитных полюсов для различных геологических эпох исследователи столкнулись с большой трудностью - траектории движения полюсов, построенные для разных континентов, не совпадают. Эти расхождения достигают многих десятков и даже сотен градусов. Твердого объяснения это явление пока не получило.
Существуют три гипотезы: 1) континенты не находятся в стабильном положении, они перемещаются относительно друг друга (известная мобилистская концепция дрейфа континентов, высказанная австрийским геологом и географом Вегенером в начале ХХ века); пока это объяснение наиболее популярно и наиболее распространено. Оно подтверждается хорошей сходимостью полюсов при реконструкции положения континентов, предложенной Вегенером, Дю-Тойтом и другими исследователями, которые понятия не имели о палеомагнетизме и строили свои реконструкции из других соображений (прежде всего – по сходству контуров континентов), при соединении, например, континентов южного полушария в единый материк - Гондвану, или при соединении Европы и Северной Америки в другой материк;
2) расширение Земли, это объяснение в принципе близко первому, но "расползание" континентов имеет иной механизм;
3) неосевой (недипольный) характер магнтного поля в отдельные геологические эпохи до кайнозоя (кайнозой - это последние 65 миллионов лет жизни Земли). Для кайнозоя и позднего палозоя (250-300 млн.лет назад) собрано много фактов в пользу дипольного характера магнитного поля Земли. Но это не исключает возможности более сложного строения поля Земли в другие геологические эпохи. Хотя это предположение пока не подтверждено конкретными примерами, оно требует серьезного изучения, так как имеет принципиальное значение для палеомагнетизма.
Чтобы решить последнюю проблему, необходимо изучить строго синхронные породы на возможно большей территории. Однако, в любом случае несомненна пригодность данных магнитной памяти для региональных тектонических построений, так как в пределах одного региона расхождения в направлениях остаточной намагниченности обязаны ТОЛЬКО тектоническим причинам - относительным смещениям, поворотам, наклонам тектонических блоков и всякие там недипольности не играют роли.
Я уже оговаривался выше о важности стабильности остаточной намагниченности для магнитной памяти. Для палеомагнитных исследований чрезвычайно важно, чтобы ферромагнитные минералы, находящиеся в горных породах, имели настолько высокую стабильность, чтобы ее величина и направление со времени образования сохранились до наших дней, т.е. многие десятки и сотни миллионов лет. Кроме этого, совершенно необходимо установить ПЕРВИЧНУЮ природу естественной остаточной намагниченности или хотя бы части ее (стабильной компоненты). Поэтому параллельно с собственно палеомагнитными исследованиями бурно развивается изучение магнитных свойств горных пород, изучение носителей их магнетизма.
На территории Северо-Востока СССР палеомагнитные исследования тектонического толка только начинаются. Рекомендую геологам принять в них деятельное участие.
Кроме плавных изменений, величина и направление магнитного поля Земли временами претерпевают резкие кратковременные изменения вплоть до смены полярности ( инверсии поля), т.е. магнитные полюса меняются местами (магнитные, а не географические!!). По некоторым данным (в частности, нашим палеомагнитным исследованиям Камчатских четвертичных-плиоценовых лав) эпохи инверсий сопровождаются усилением активности атмосферного электричества (часты удары молний, признаки которых уверенно обнаруживаются в породах). Подобные инверсии магнитного поля наблюдаются на Солнце, но на Земле они протекают значительно медленнее - обычно это несколько тысяч лет. Устойчивые же состояния магнитного поля продолжаются как минимум десятки тысяч лет. Кратковременность и планетарный характер инверсий очень удобны для оценки синхронности (одновременности) геологических процессов, возрастной корреляции. Например, мы провели такую возрастную корреляцию раннечетвертичных-плиоценовых эффузивов, вулканогенных отложений Камчатки с отложениями аналогичного возраста Апшерона (Азербайджан), Челекена (Туркмения). Подробнее я не останавливаюсь на результатах палеомагнитных исследований, так как они ныне широко публикуются от чисто научных изданий до научно-популярных и даже научно-фантастических. Отмечу только один, на мой взгляд, особо важный результат, открывающий путь к познанию одной из причин эволюции жизни на Земле.
За последние пару лет ряд исследователей отметили такой факт: во время инверсий величина магнитного поля Земли уменьшается по крайней мере в несколько раз и в принципе (теоретически) возможны нулевые состояния поля. Земное магнитное поле, как известно, образует магнитный экран, в большой мере предохраняющий все живое на поверхности Земли от облучения потоками космических лучей. При нулевом состоянии поля экран исчезает, а при уменьшении поля в несколько раз - значительно ослабляется. Это не может не сказаться на жизненных процессах на Земле. Так как инверсия в масштабах жизни отдельных особей, одного человека, далеко не мгновенна, а является длительным процессом, это не скажется на жизни одного человека, одного живого существа (но и они очень даже чувствуют магнитные бури и другие возмущения магнитного поля Земли), но должно вести к заметным изменениям жизни на Земле в целом, возможно к мутациям, вымиранию наиболее чувствительных к облучению организмов и т.п.
Такие резкие изменения жизни, синхронные инверсии магнитного поля, должны происходить, в общем, синхронно на всей Земле. Но не исключено, что интенсивность колебаний величины поля неодинакова по всей Земле (точнее, по всей поверхности ядра Земли, с движениями в котором связывается генерация магнитного поля). Отсюда следует, что изменения жизни в разных частях планеты не должны быть одинаковыми, плюс наложение различий среды, в которой живут одни и те же виды... лучше не гадать, а изучать. Одним словом, намечается определенная связь процессов жизни на Земле с изменениями магнитного поля, причем связь тесная. Это тем более интересно, что и то и другое явление, казалось бы, не имеют ничего общего, имеют разные источники. Магнитное поле Земли, по современным взглядам, связано с процессами у поверхности ядра Земли (конвекционные токи в жидкой части ядра, связанные с вращением Земли). Если это так, то следует чрезвычайно любопытный вывод: развитие жизни на Земле связано с процессами, протекающими в ядре Земли!
Сказанное - это пока предположение, предпосылка для страшно интересных и несомненно очень важных исследований. Надеюсь, магнитная память окажет неоценимую услугу познанию эволюции жизни на Земле.
Говоря об инверсиях геомагнитного поля, я упомянул их принципиальную важность для оценки одновременности геологических событий. Проблема ВРЕМЕНИ и ОДНОВРЕМЕННОСТИ - одна из центральных в геологии, т.к. она имеет дело с ПРОЦЕССАМИ, с ИСТОРИЕЙ РАЗВИТИЯ ЗЕМЛИ, ЖИЗНИ НА НЕЙ и т.п. Ни один существующий метод не дает возможности строгой оценки синхронности событий.
Что в геологии считать СИНХРОННЫМ (ОДНОВРЕМЕННЫМ). Видимо, для разных процессов понятие одновременности неидентично. Каков минимальный отрезок времени, удовлетворяющий условию синхронности? Если, например, речь идет о процессе накопления осадка, то вряд ли нас будет интересовать время отложения ОДНОЙ ПЕСЧИНКИ, а образование одного слоя, пачки слоев, отражающее определенные однородные условия осадконакопления, отражающие определенный климат, определенную географическую обстановку; или вряд ли палеонтолога интересует время жизни одного трилобита или там одной букашки, интересует время жизни вида, рода, появление неких отклонений в развитии живности. Можно продолжить подобные примеры, отражающие условность понятия одновременности, особенно следует подчеркнуть, что НЕЛЬЗЯ применять для этого ЧЕЛОВЕЧЕСКУЮ МЕРКУ: много или мало сто лет? Это примерно пять поколений. Одновременность по отношению к конкретному человеку и то понятие растяжимое - родились ли в один год, в один день, в одну секунду? Подобные масштабы времени в геологии бессмысленны. Что такое ЕДИНИЦА ВРЕМЕНИ в геологии. Например, радиометрические методы определения возраста горных пород приведены к современному понятию ГОД. Что это такое? Один оборот Земли вокруг Солнца. Сопоставимы ли с таким астрономическим-механическим актом геологические явления? А ведь и оборот Земли вокруг Солнца не единица времени - он меняется со временем. НУЖНА ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА ВРЕМЕНИ, к примеру, геологический "год" - оборот Галактики (примерно 200 миллионов лет). В таком масштабе времени нас не будет "затруднять" непостоянство такого "года", если за всю историю Земли таких "лет" несколько десятков. К масштабам времени вернемся немножко погодя, а пока кончим разговор об ОДНОВРЕМЕННОСТИ. Как я уже отметил – важно время процесса, отражающего определенную стадию или тип развития, тогда об одновременности можно сказать так:
ОДНОВРЕМЕННЫ ТЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СОБЫТИЯ, НАЧАЛО И КОНЕЦ КОТОРЫХ СОВПАДАЮТ .
Внутри такого интервала частные события могут не совпадать. Например, процесс накопления слоя осадка в разных районах шел совершенно по разному: в одном месте быстро накапливались гальки с песком, постепенно сменившиеся медленно накапливавшейся глиной (например, в речке); в другом месте процесс шел совсем по другому - накапливались очень медленно известняки на дне океана, потом какое-то время осадки вообще не откладывались, и в конце нападало немного песка с глиной. При этом начало и конец процесса точно совпадают. Или в одном районе изредка происходили извержения пепла крупными вулканами, скажем, через каждые 100-1000 лет, в другом районе в то же время происходило практически непрерывное излияние лав, сначала очень интенсивное и все медленнее.
Каждое из событий внутри таких интервалов не только не синхронны, они и не похожи. Но в целом интервал осадконакопления или интервал вулканической деятельности строго синхронны!
Для строгой оценки одновременности абсолютная геохронология не годится, т.к. ее погрешность растет с возрастом, а понятие "интервала одновременности" геологических событий не зависит, естественно, от возраста. Событие есть событие. В этом отношении эталоном одновременности на сегодня может быть только ИНВЕРСИЯ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ. Сигнал одной и той же геомагнитной инверсии, пришедший в разные точки поверхности Земли синхронен с точностью записи инверсии (запись инверсии, вероятнее всего, в разных районах будет неполной, поэтому мы, скорее всего, не сможем сопоставить начало и конец инверсии). Будем считать, что геологические события одновременны, если относятся к одной геомагнитной инверсии (либо находятся на одном "временном" удалении от инверсии). Продолжительность инверсии тоже не постоянна, и возможно разные инверсии имеют разную продолжительность. Но, во-первых, это не так важно, т.к. мы будем об одновременности говорить ПО ОДНОЙ И ТОЙ ЖЕ ИНВЕРСИИ, и, во-вторых, по имеющимся оценкам, продолжительность смены полярности поля не превышает десятка тысяч лет. Это и получается минимальная точность оценки одновременности!
Вернемся к масштабу времени. Наше воображение ограничено органами чувств - это "здравый смысл". Поэтому мы можем представлять себе что-то только ПО-ЗЕМНОМУ. Но человек, к счастью, может мыслить и абстрактно. Последнее позволяет познать великие законы природы, но это зачастую (а дальше и как правило) нельзя передать в виде обычных "представлений", т.е. земных ощущений, восприятий. Сюда же относится и МАСШТАБНОСТЬ ЯВЛЕНИЙ. Наши ощущения масштабов процессов (пространственно-временных) земные и мы с ними "сравниваем" - это субъективная оценка. Но мы не можем "чувствовать" иначе, как сравнивая с собственными земными ощущениями. Попробуйте вообразить себя гигантом, для которого один оборот Галактики по ощущению то же, что и наш оборот Земли вокруг оси (наши сутки)... Если представить себе процессы образования звезд и планет в таких масштабах, масштабах подобия, может быть, они окажутся аналогичными описываемым квантовой физикой!!?? Возможно, окажется доступным количественное описание геологических процессов. С другой стороны, в соответствующем масштабе времени процессы земные можно уподобить ядерным, элементарным частицам... ЭЛЕМЕНТАРНЫХ частиц нет - есть масштабы явлений природы. Так в малом (микромире) проявляются АСТРО закономерности строения и развития, и наоборот, но это теряется при подходе к явлению с определенной (земной, например) меркой масштаба времени.
Итак, ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ МАСШТАБОВ НАБЛЮДАТЕЛЯ И ЯВЛЕНИЯ. Процессы идут в разных масштабах времени, которые могут быть даже независимы, могут быть косвенно связаны. Соответственна относительность "времени" явления. Мы расчленяем на частные узкие детали процесс эволюции Солнечной системы и т.п., а в микромире вводим принцип неопределенности и дополнительности. Но и там и там при соответствующих масштабах времени (принцип подобия) мы должны говорить либо только о вероятностных, статистических закономерностях и "сплошной" случайности единичного явления; либо все наоборот. В первом случае - масштабы наблюдателя много больше явления (микромир по отношению к наблюдателю), во втором случае - наоборот масштабы наблюдателя много меньше явления (макромир по отношению к наблюдателю). Таким образом, доводы позитивистов - просто рассмотрение вопроса с колокольни земного человека, если же от этого абстрагироваться, то, несомненно, в любом процессе ПРИЧИННОСТЬ ЕСТЬ, но сочетание необходимых, причинных процессов может дать случайное явление.
Неучет соизмеримости-несоизмеримости масштабов определенных явлений и процессов ведет к тому, что второстепенные закономерности возводятся в ранг главных принципиальных различий. Тому пример - оценка развития человеческого общества.
Классики марксизма выделяют в истории общества 5 типов производственных отношений - общественно-экономических формаций: 1) первобытный коммунизм, 2) рабовладельческий строй, 3) феодализм, 4) капитализм и 5)социализм, как переходная стадия к коммунизму. Равнозначны ли эти формации? Главным определяющим фактором является отношение производителя к орудиям и средствам производства, в чьих руках два последних. С этой позиции правильнее выделить ТРИ формации: а) ПЕРВОБЫТНЫЙ КОММУНИЗМ, б) ЧАСТНОВЛАДЕЛЬЧЕСКАЯ ФОРМАЦИЯ и в) КОММУНИЗМ. Такое подразделение логичнее по ряду соображений: во-первых, выделенные формации имеют ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ, а не второстепенные РАЗЛИЧИЯ в виде производственных отношений, во-вторых, как исторические явления эти формации сопоставимы в их развитии во времени. Ведь нельзя рассматривать формации вне времени (как это делалось), или лучше сказать, в сопоставимых интервалах развития человеческого общества; в-третьих, с позиций философских, диалектики развития - предлагаемая триада выглядит вполне - отрицание отрицания в развитии общества.
Раньше возникал естественный недоуменный вопрос, который "стеснялись" (в смысле - боялись) задать: а что будет за коммунизмом?
Так, сопоставляя временные интервалы феодализма, капитализма, социализма, трудно понять почему следующая формация должна продолжаться, как у нас любят заявлять ВЕЧНО - это совершенно нелогично ни с исторических, ни с философских, ни просто исходя из здорового здравого смысла - невольно напрашивается нехорошая аналогия великий парадокс великого диалектика Гегеля: изложение диалектики, как метода познания, развития всего сущего, и вдруг полное застопорение - ВЕЧНОСТЬ (как похоже!) и идеал немецкой монархии - вот вам и вечное движение!
В предлагаемом варианте этот вопрос автоматически отпадает на ближайшие тысячелетия. А что потом, спросите? Пожалуйста. Исходя из цикличности развития (знаменитая спираль) – это, скорее всего, формация ИНДИВИДУАЛИЗМА, сменяющая эру коллективизма - это яркое проявление личности, личной инициативы. Индивидуализм в производственных отношениях - это общественные отношения на базе столь высокого уровня развития, когда нет нужды в существовании каких-либо группировок, коллективов, классов в нынешнем смысле этого слова. ПОЛНАЯ СВОБОДА творчества. Ладно, это фантазии. Во всяком случае, несомненно, что коммунистическое общество в современном его понимании далеко не идеал.
Его сменит более совершенная общественно-экономическая формация. Мало того - и коммунизм претерпит, конечно, ряд модификаций, которые назовем пока ПОДФОРМАЦИЯМИ. Так, в частновладельческой формации три подформации: рабовладельческая, феодальная и капиталистическая.
Социализм -первая подформация коммунизма. И внутри первой формации первобытного коммунизма несомненно существовали подформации. И раннее развитие человеческого общества не было гладеньким. Разобщенность группировок и, видимо, своеобразие их развития, затушевывает главные черты, которые можно было бы определить как подформации. Ну да это не столь уж важно. Я не сомневаюсь в существовании определенных этапов развития на любых его стадиях. Общий взгляд на весь пройденный человечеством путь позволяет выделить ЭРЫ - ЭТАПЫ, на фоне которых должны быть установлены детали развития. Наиболее четко они видны на эре частной собственности. Бросается в глаза некоторое подобие в "этапности" развития человечества и нашей планеты, в частности, жизни на ней. Подобие, естественно, условное, но оно отражает непрерывно-прерывистый цикличный характер развития природы и общества.
Так, в развитии Земли выделяется ряд крупных этапов - эр – они неповторимы, но внутри них повторяются некоторые черты, цикличность развития и ряд других признаков предыдущих эр. По этапам развития жизни выделены архейская, протерозойская и т.д. от отсутствия жизни в катархее, через примитивные ее формы в протерозое, до высших форм - млекопитающих и, наконец, человека, в кайнозое. Эры, в свою очередь, делятся на периоды, имеющие свои особенности, начало и конец определенных стадий развития.
Человеческое общество, как и вся Земля, тоже пережило ряд эр (это не земные эры, просто неудачно названы одним словом эти этапы – вся история человечества охватывает первые миллионы лет, а общество человека разумного составляет первые десятки тысяч лет). История человека очень молода и очень далека от завершения. Наверное "эр" в развитии человеческого общества тоже будет немало. И потом, кто это решил, что человек - венец творения природы. Не слишком ли антропоцентристская точка зрения? А почему через многие миллионы лет не появятся еще более высоко развитые существа?
В четырех измерениях, которые ощущаем мы, мир бесконечен и в своем развитии не имеет границ. Гениальные материалисты Древней Греции, понятия не имея об основах современных естественных наук, логически смогли предсказать атомное строение материи, Ленин, не будучи физиком, объявил о неисчерпаемости электрона. Зачем же нам искусственно придумывать какие-то границы в развитии общества (и природы, бывало...) только потому, что мы не в состоянии научно предсказать его будущее.
Данная попытка вовсе не цель моей писанины. Главная цель - смотри в корень, думай, ищи, и не надо цепляться за догмы.
2. ИЗУЧЕНИЕ ВЯЗКОЙ ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ. Выше мы выяснили, что остаточная намагниченность - это та часть намагниченности ферромагнетика, которая остается после прекращения действия внешнего магнитного поля. У стабильных (их еще называют магнитно-жесткими) ферромагнитных материалов намагниченность, созданная любым способом, особенно при кристаллизации или остывании минерала с высоких температур, в нулевом магнитном поле со временем меняется незначительно, а например у таких жестких минералов как гематит практически не меняется. Если ферромагнитный минерал менее жесткий, как например крупнокристаллический магнетит, в нулевом поле остаточная намагниченность несколько уменьшается. Происходит так называемое остаривание. Через некоторое время величина остаточной намагниченности практически стабилизируется. Такое уменьшение намагниченности ПРОПОРЦИОНАЛЬНО ЛОГАРИФМУ ВРЕМЕНИ (коэффициент пропорциональности зависит от состава, структуры магнитного минерала, температуры и других внешних условий). Если теперь поместить образец вновь в постоянное магнитное поле, то с течением времени он дополнительно намагнитится параллельно внешнему полю на величину, пропорциональную логарифму времени. Эта приобретенная величина называется ВЯЗКОЙ.
Замечательное свойство вязкой намагниченности изменяться строго пропорционально логарифму времени может быть использовано в геохронологии. Так как вязкая намагниченность образуется в постоянном поле и значительные изменения его величины и направления существенно скажутся на закономерности роста вязкой намагниченности, то использовать ее для геохронологии имеет смысл только после последней инверсии магнитного поля, т.е. примерно для последнего полумиллиона лет. Метод не будет точен, так как и позднее магнитное поле заметно менялось по величине и направлению, что известно по результатам палеомагнитного изучения археологических объектов (обожженные изделия, кирпичи, очаги и т.п.). При осереднении данных за несколько сотен лет для последних тысячелетий, и за несколько тысяч лет для более древних эпох, результаты должны быть достаточно точными. Определение возраста по вязкой намагниченности для времени древнее нескольких десятков тысяч лет важно для четвертичной геологии, например для Северо-Востока СССР - края богатых четвертичных россыпей золота, и особенно ценно из-за того что пока не существует другого надежного метода определения такого возраста, так как радиоуглеродный метод годится примерно до 50000 лет, а другие радиоизотопные методы наоборот грубы для этого времени. Есть первые попытки определения возраста четвертичных образований по вязкой намагниченности осадков (Г.И.Гончаров, А.Н.Храмов), галек (Б.В.Гусев), эффузивов (Л.Е.Шолпо), о которых авторы рассказали на недавно прошедшей YI Всесоюзной конференции по постоянному магнитному полю и палеомагнетизму.
3. ТЕРМОМАГНИТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. Если ферромагнетик нагревать, то начиная с некоторой температуры, называемой ТОЧКОЙ КЮРИ, он теряет свои ферромагнитные свойства и становится парамагнетиком. У разных ферромагнитных материалов точка Кюри разная, значит ее можно использовать для диагностики таких материалов, не дробя горной породы и не "вынимая" из нее крохотные зернышки (микроны и меньше) ферромагнитных минералов, концентрации которых могут быть мизерны (годится для таких исследований содержание много меньше 0,1%) , что сделать совсем непросто. При обратном процессе - охлаждении в магнитном поле - проходя через точку Кюри, наш образец снова становится ферромагнетиком и при этом приобретает очень высокую и стабильную остаточную намагниченность. Она называется ТЕРМООСТАТОЧНОЙ.
Термоостаточная намагниченность мелких (однодоменных) зерен обладает замечательным свойством - она подчиняется закону АДДИТИВНОСТИ (сложения), т.е. она как бы состоит из частичных остаточных намагниченностей, приобретенных в разных температурных интервалах. Например, точка Кюри магнетита 580 ° С. Будем греть образец последовательно до 100, 200, 300, 400, 500 и 580 ° С и после каждого нагрева охлаждать до предыдущей температуры в одинаковом магнитном поле. Каждый раз образец будет приобретать некоторую остаточную намагниченность J(100), J(200), J(300) и т.д. Теперь нагреем образец выше 580 ° С и охладим до комнатной температуры в том же магнитном поле. Получим полную термоостаточную намагниченность Jt, которая в точности равна сумме остаточных намагниченностей, получившихся в стоградусных интервалах:
Jt=J(100)+J(200)+J(300)+...+J(580)
Частичные остаточные намагниченности не равны друг другу, наибольшая J(580) примерно в 10-15 раз может превышать остальные.
Проделаем еще один опыт: образец с полной термоостаточной намагниченностью (мы ее обозначили Jt) будем последовательно нагревать до 100, 200, 300 ° С и т.д., но охлаждать без магнитного поля. После каждого такого цикла Jt будет уменьшаться на величину J(100), затем на J(100)+J(200), потом на J(100)+J(200)+J(300)+ и т.д., строго следуя закону аддитивности! Как Фома неверующий я тоже засомневался, проделал подобные опыты на естественных горных породах и убедился в соблюдении закона аддитивности.
Отмеченное свойство термоостаточной намагниченности можно использовать в качестве термометра. Если ферромагнитный минерал кристаллизовался при температуре ниже его точки Кюри, то мы можем определить эту температуру (это температура, при которой естественная остаточная намагниченность окажется равной нулю заведомо ниже точки Кюри присутствующего в породе ферромагнетика). Если же температура образования ферромагнетика была выше его точки Кюри, то мы можем лишь констатировать, что он образовался выше своей точки Кюри, т.е. говорить о нижнем температурном пределе.
Несколько примеров определения температуры образования ферромагнитных минералов таким способом. 1) В серии образцов гранитов Чукотки более 90% зерен магнетита образуются при 450-500 ° С и только около 5% - выше 580 ° С.***
-------------------------------------------------------------
***Как в дальнейшем выяснилось, в магматических породах непосредственно из расплава, как правило, кристаллизуется не магнетит, а титаномагнетиты разного состава в зависимости от глубины очага, температуры расплава и окислительных условий в нем, по этим данным мы научились определять глубину магматического очага, где магма либо застывает, превращаясь в интрузивное тело, либо извергается на поверхность Земли в виде лавы (это последнее равновесное состояние расплава с окружающей средой, для этого расплав должен находиться в такой камере очень долго, потом он двигается к поверхности или застревает на меньшей глубине ненадолго, но расплав "запоминает" те последние равновесные условия, в частности в составе титаномагнетитов, кристаллизующихся даже из лавы). Титаномагнетиты - минералы неустойчивые, легко окисляются и распадаются в конечном счете на гемоильменит и магнетит. Более вероятно, что определена "магнитным термометром" температура такого вторичного окисления и распада первично-магматического титаномагнетита с образованием из него магнетита (заметка 1995).
-------------------------------------------------------------
2) Температура образования гемоильменита в габбро-диабазах центральной Чукотки выше его точки Кюри (около 370 ° С). В результате метаморфизма, превратившего габбро в амфиболиты, гемоильменит перекристаллизовался при температурах, не превышающих 350 ° С.
3) Габбро и базальты, в которые внедрилась гранитоидная интрузия, изменены (метаморфизованы). В результате образуется магнетит при температуре 400-500 ° С, часть его образована до метаморфизма выше 580 ° С .
4) В различных типах игнимбритов (спекшаяся вулканическая масса) присутствует как высокотемпературный (образован выше 580 ° С), так и низкотемпературный магнетит (образован ниже 550 ° С).
Я ограничусь приведенными примерами. Итак, благодаря магнитной памяти можно восстановить термические условия образования ферромагнитных минералов, а значит условия протекания определенных геологических процессов. Мне незачем объяснять и доказывать важность определения температур различных геологических процессов, в том числе и образования руд.
4. ИЗУЧЕНИЕ АНИЗОТРОПИИ ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ. Как уже говорилось, остаточная намагниченность очень чувствительна к условиям образования ферромагнетика, она чутко реагирует на изменения термодинамического режима в процессе образования ферромагнитного минерала. Так, термоостаточная намагниченность фиксирует температуру образования ферромагнитного минерала. Но это не все. Изучение магнитных свойств показало, что остаточная намагниченность отмечает и "запоминает" режим направленных давлений при кристаллизации ферромагнитных минералов. Это отражается в анизотропии остаточной намагниченности. Я провел следующий эксперимент. Из образцов горных пород изготавливались кубики, которые намагничивались в трех взаимноперпендикулярных направлениях в сильном магнитном поле (примерно 5000 эрстед), после каждого намагничивания измерялась остаточная намагниченность. Так как образец намагничивался в поле насыщения, каждый раз кубик полностью перемагничивался в новом направлении, следовательно, если материал однороден, то все три замера остаточной намагниченности должны быть одинаковы (с точностью до вранья измерительного прибора). Но так получалось далеко не во всех случаях, соотношение максимального из трех значения остаточной намагниченности к минимальному характеризует анизотропию материала кубика. Таким образом, было изучено большое число образцов разных по составу и условиям образования горных пород, содержащих небольшое количество различных ферромагнитных минералов. В результате установлено, что анизотропия остаточной намагниченности горных пород определяется прежде всего режимом направленных давлений (сжатий) в сочетании с повышенной температурой, существовавших во время кристаллизации ферромагнитных минералов. Соответственно, высокой анизотропией выделяются породы складчатых зон. При этом анизотропия осадочных пород, подвергшихся только сжатию (без перекристаллизции), обычно не превышает 6-10%, тогда как у метаморфизованных (перекристаллизованных) пород анизотропия резко возрастает и у таких метаморфических пород как гнейсы, кристаллические сланцы нередко превышает 100%. То есть при высоких давлениях без прогрева не происходит существенной перестройки структуры и новообразований магнитно текстурированных ферромагнетиков, соответственно, породы остаются изотропными или слабоанизотропными. Это подтверждается лабораторными опытами. В лаборатории ИГИРГИ (данные Б.В.Байдюка) образцы осадков подвергались разным осевым давлениям до 6600 бар, но их анизотропия не поднималась, как правило, выше 10%.
Ярко различие режимов направленных давлений видно на примере интрузивных магматических пород. Так, анизотропия гранитоидных пород складчатых зон изменяется в широких пределах от 0 до 70%, тогда как у интрузивов срединных массивов и Охотско-Чукотского вулканического пояса анизотропия не превышает 13% и в среднем равна 5-6%. Сказанное отражает обстановку формирования интрузий: в пределах массивов и вулканического пояса интрузивы формировались на относительно небольшой глубине в условиях незначительного сжатия или отсутствия такового; интрузивы складчатых зон формировались в различной обстановке, чаще в условиях заметных сжатий. Интересно отметить, что в пределах отдельно взятого интрузивного тела анизотропия распределяется вполне закономерно: она наибольшая в краевых частях, а к центру породы оказываются практически изотропными. Это прекрасно отражает режим давлений и условия кристаллизации ферромагнитных минералов - сжатия в краевых частях и кристаллизация в заметно затвердевшем уже материале, в центральной части условия близки гидростатическим и ферромагнитные минералы кристаллизуются из жидкости (расплава).
Еще пример. Пластовые интрузивные тела габбро-диабазов, образованные на ранней стадии развития Чукотской геосинклинали, практически изотропны, но там, где эти тела подверглись глубинному метаморфизму, сопровождавшему направленные сжатия, они оказались анизотропными (14-27%).
Приведенные примеры - это пока лишь качественные (описательные) оценки режимов. Необходимы лабораторные исследования магнитной анизотропии искусственных материалов, полученных в известных условиях давлений и т.п., другие эксперименты с искусственными материалами и горными породами, теоретические разработки, чтобы в дальнейшем получать КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ оценки режимов образования и дальнейшего существования ферромагнитных минералов (величины и направления сжатий, напряженных состояний и т.п.).
ВМЕСТО ЗАКЛЮЧЕНИЯ.
По-моему, даже небольшое число приведенных примеров наглядно показывает какие богатства хранит магнитная память Земли и какие возможности открываются при ее изучении для геологии.
Можно, конечно, пофантазировать и "нарисовать" эти возможности, но мне не хочется выдавать сугубо умозрительные соображения за истины, что нередко бывает в научно-популярной литературе. Ограничусь констатацией имеющихся достижений в области изучения магнитной памяти Земли, пусть пока скромных. Я знаю, что это лишь первые шаги нового перспективного научного направления в изучении нашей планеты, ее истории.
К проблеме эволюции Солнца и планет.
Излучение Солнца уменьшается с расстоянием. Примем за единицу величины облучения (тепло и свет), необходимую для современной жизни, современное облучение Земли Солнцем. Тогда можно предположить, что атмосфера современной Венеры подобна архейской атмосфере Земли. Т.е. Солнце от архея доныне "остыло" настолько насколько меньше облучение современной Земли по сравнению с Венерой. Можно предсказать, исходя из принципа актуализма, время когда на Венере наступит "земная жизнь", когда таковая была на Марсе, и когда на Земле наступит "марсианская жизнь". Это при условии, что за последние 2-2,5 миллиарда лет излучение Солнца уменьшалось плавно монотонно.
Первая космическая скорость примерно 8км/сек, вторая - 11км/сек, граничная скорость упругих волн на границе Мохоровичича тоже примерно 8км/сек, а на границе ядра и мантии тоже примерно 11км/сек... А может в этом что-то есть?...
Я развиваю НОВОЕ научное направление
ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ МАГНЕТИЗМ
Геологическое время - спец.задача;
Условия образования различных ферромагнитных минералов с разным внутренним состоянием (решетка и примеси и т.п.), соответственно, разные магнитные свойства. Магнитная память –непосредственное сохранение информации о геомагнитном поле
а) "Чистый" палеомагнетизм - познание природы и эволюции геомагнитного поля, его вариаций и т.д., информации через них – о внутреннем строении Земли (ядро, связь с мантией);
б) память - как метод для косвенного решения геологических задач - тектоника, палеоклиматология, палеогеография, палеонтология; проблема времени
Внутри этого направления – развитие палеомагнитной стратиграфии БЕЗ МАГНЕТИЗМА! Лучше это назвать разделом МИКРОПАЛЕОМАГНЕТИЗМА. Пока вижу две возможности:
1. Фиксировать в осадках направление удлиненных ферромагнитных зерен. Здесь возможность выбирать зерна "ПО ВКУСУ", и наиболее подходящие по размеру, и по удлинению, разные минералы изучать, степень их ориентации в магнитном поле. В отличие от "интегрального" палеомагнетизма мы САМИ ВЫБИРАЕМ ЗЕРНА, а не пытаемся "разгадать" информацию по суммарному эффекту ВСЕХ ферромагнитных зерен.
2. Определение знака, величины и направления естественной остаточной намагниченности ЗЕРНА в породе, под микроскопом. И в этом случае отличная возможность выбирать зерна "ПО ВКУСУ". Набор статистики в одном шлифе!
В обоих случаях отпадает уйма проблем магнетизма горных пород, обоснования магнитной и палеомагнитной стабильности.
Если, например, взять осадочные морские породы, то сочетание направления длинных осей зерен и знака полярности их естественной остаточной намагниченности может в сумме дать все то же, что дает современный палеомагнетизм!****
-------------------------------------------------
****В течение 1962-1965 годов была выполнена большая серия
экспериментов по искусственному осаждению зерен магнетита, гематита в магнитном поле заданной величины и направления, т.е. разработан МЕТОД ДЛИННЫХ ЧАСТИЦ. С определением величины и направления намагниченности зерна пока эффективная методика не разработана.
Магадан, 1961-1964
