古地磁気学
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古地磁気学（古地磁気学とも呼ばれる）は、岩石、堆積物、または考古学的資料に記録された先史時代の地球の磁場を研究する学問です。古地磁気学を専門とする地球物理学者は、古地磁気学者と呼ばれます。
岩石中の特定の磁性鉱物は、形成時の地球磁場の方向と強度を記録することができます。この記録は、地磁気の過去の挙動やプレートの過去の位置に関する情報を提供します。火山岩や堆積岩の層序（地磁気層序）に保存された地磁気反転の記録は、地質年代学のツールとして用いられる時間スケールを提供します。
古地磁気学の証拠は、大陸移動説の復活と、現代のプレートテクトニクス理論への転換につながりました。見かけ上の極移動経路は大陸移動の明確な地球物理学的証拠として初めて提供され、海洋磁気異常は海底拡大の明確な証拠となりました。古地磁気データはプレートテクトニクスの歴史を遡り続け、大陸および大陸断片（テレーン）の古代の位置と移動を制限しています。
古地磁気学の分野は、月の岩石や隕石など、太陽系内の他の天体からのサンプルの同等の測定も含み、これらの天体の古代の磁場やダイナモ理論を研究するために用いられます。古地磁気学は岩石磁気学の発展に依存しており、生体磁気学、磁性組織（岩石や土壌の歪み指標として用いられる）、環境磁気学と重複する領域があります。
歴史
18 世紀には早くも、磁化された露頭の近くでコンパスの針がずれていることが指摘されていました。1797 年、アレクサンダー・フォン・フンボルトはこの磁化の原因を落雷によるものとしました( 落雷はしばしば表層の岩石を磁化します )。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 19 世紀の岩石の磁化方向の研究では、最近の溶岩の一部が地球の磁場と平行に磁化されていることが示されました。20 世紀初頭には、ダヴィッド、ベルナール・ブリュンヌ、ポール・ルイ・マーカントンによる研究で、多くの岩石が磁場と反平行に磁化されていることが示されました。日本の地球物理学者松山基紀は1920 年代後半に、地球の磁場が第四紀中期に逆転したことを示しました。この逆転は現在ではブリュンヌ・松山逆転として知られています。[ 5 ] [ 3 ]
イギリスの物理学者PMS ブラックエットは、 1956 年に高感度の無静磁力計を発明し、古地磁気学に大きな刺激を与えました。彼の目的は、地磁気が地球の自転に関連しているという彼の理論を検証することでしたが、彼は最終的にこの理論を否定しました。しかし、無静磁力計は古地磁気学の基本的なツールとなり、大陸移動説の復活につながりました。
アルフレッド・ウェゲナーは1915年に、大陸はかつてつながっていたがその後離れていくようになったと初めて提唱した。[ 6 ] [ 7 ]彼は状況証拠を豊富に提示したが、彼の理論は2つの理由からほとんど受け入れられなかった。(1) 大陸移動のメカニズムが知られていなかった、(2) 大陸の移動を時間の経過とともに再現する方法がなかった。キース・ランコーン[ 8 ]とエドワード・A・アーヴィング[ 9 ]は、ヨーロッパと北アメリカの見かけの極移動経路を構築した。これらの曲線は分岐していたが、大陸が2億年前まで接触していたと仮定すれば調和できる。これは大陸移動の最初の明確な地球物理学的証拠となった。その後、1963年にモーリー、ヴァイン、マシューズは海洋磁気異常が海底拡大の証拠となることを示した。
フィールド
古地磁気学はさまざまなスケールで研究されています。
- 地磁気の永年変化とは、地球磁場の方向と強度における小規模な変化のことです。磁北極は地球の自転軸に対して常に移動しています。磁気はベクトルであるため、磁場の変化は、磁気偏角と磁気傾斜角の古方向測定と古地磁気強度測定によって研究されます。
- 地磁気層序学は、岩石に記録された地球磁場の極性反転履歴を用いて、それらの岩石の年代を決定する学問です。極性反転は地球の歴史を通じて不規則な間隔で発生してきました。これらの極性反転の年代とパターンは、海底拡大帯の研究や火山岩の年代測定から明らかになっています。
原則
古地磁気学の研究は、磁鉄鉱などの鉄含有鉱物が地球の磁場の過去の極性を記録している可能性があるために可能となります。岩石中の磁気シグネチャーは、いくつかの異なるメカニズムによって記録されます。
熱残留磁化
玄武岩やその他の火成岩に含まれる鉄チタン酸化物鉱物は、岩石がそれらの鉱物のキュリー温度まで冷却された際に、地球の磁場の方向を保存する可能性がある。スピネル族の酸化鉄である磁鉄鉱のキュリー温度は約580℃（1,076℉）であるが、ほとんどの玄武岩や斑れい岩は900℃（1,650℉）以下の温度で完全に結晶化する。したがって、鉱物粒子は地球の磁場と一致するように物理的に回転するのではなく、むしろ磁場の方向を記録している可能性がある。このように保存された記録は、熱残留磁化（TRM）と呼ばれる。
火成岩は結晶化後に冷却する過程で複雑な酸化反応を起こすことがあるため、地球磁場の方向は必ずしも正確に記録されているわけではなく、また、その記録が必ずしも維持されているわけでもありません。しかしながら、海洋地殻の玄武岩中にはその記録が十分に保存されており、プレートテクトニクスに関連する海底拡大理論の発展に重要な役割を果たしてきました。
TRMは、陶器窯、炉、焼成された日干しレンガの建物にも記録されます。考古学的資料における熱残留磁化の研究に基づく分野は、考古磁気年代測定法と呼ばれています。[ 10 ]ニュージーランドのマオリ族は陶器を作りませんが、700年から800年前の蒸気炉（ハンギ）から、十分な考古磁気資料が得られます。[ 11 ]
堆積物の残留磁化
全く異なるプロセスとして、堆積物中の磁性粒子は堆積中または堆積直後に磁場と整列することがあります。これは堆積性残留磁化として知られています。粒子が堆積する際に磁化が獲得された場合は堆積性堆積性残留磁化となり、堆積直後に磁化が獲得された場合は堆積後堆積性堆積性残留磁化となります。[ 12 ]
化学的残留磁化
3つ目のプロセスでは、磁性粒子が化学反応中に成長し、形成時の磁場の方向を記録します。この磁場は化学的残留磁化（CRM）によって記録されると言われています。一般的な形態は、別の酸化鉄である鉱物ヘマタイトによって保持されます。ヘマタイトは、マグネタイトを含む岩石中の他の鉱物の化学酸化反応によって形成されます。赤色層、砕屑性堆積岩（砂岩など）が赤色なのは、堆積続成作用で形成されたヘマタイトによるものです。赤色層のCRMシグネチャーは非常に有用であり、磁気層序学研究の一般的な対象となっています。[ 13 ]
等温残留磁化
一定の温度で得られる残留磁化は、等温残留磁化（IRM）と呼ばれます。この種の残留磁化は古地磁気学には役立ちませんが、落雷によって発生することがあります。落雷誘起残留磁化は、その高い強度と数センチメートルスケールでの急激な方向変化によって区別されます。[ 14 ] [ 13 ]
掘削コアには、鋼製コアバレルの磁場によってIRM（磁化率）が誘起されることがよくあります。この汚染物質は通常、バレルと平行に存在し、そのほとんどは約400℃まで加熱するか、小さな交流磁場で消磁することで除去できます。実験室では、様々な強度の磁場を印加することでIRMが誘起され、岩石磁性の研究において様々な目的で利用されています。
粘性残留磁化
粘性残留磁化とは、強磁性物質が一定期間磁場の影響を受けた際に得られる残留磁化です。岩石においては、この残留磁化は通常、現代の地磁気の方向に整列します。岩石全体の磁化のうち、粘性残留磁化が占める割合は、磁性鉱物の組成に依存します。
サンプリング
海底最古の岩石は2億年前のものです。これは、38億年前の大陸最古の岩石と比べると非常に若いと言えます。2億年前より古い古地磁気データを収集するために、科学者たちは陸上の磁鉄鉱を含むサンプルを用いて、地球の古代の磁場の向きを復元しています。古地磁気学者は、多くの地質学者と同様に、岩石の層が露出している露頭に惹かれます。道路の切通しは、人為的に露頭を採取するのに便利な場所です。
- 「そして、この半マイルの[道路の切土]沿いには、いたるところに、小さな、きれいに掘られた穴がたくさんあります...ミソサザイやムラサキツバメのヒルトンのようです。」[ 15 ]
サンプリングには主に 2 つの目的があります。
- 正確な方向でサンプルを取得し、
- 統計的な不確実性を軽減します。
最初の目標を達成する方法の一つは、ダイヤモンドビットを先端に装着したオーガーを備えた岩石コアリングドリルを使用することです。ドリルは岩石の周囲に円筒形の空間を切り開きます。この空間に、コンパスと傾斜計を取り付けたパイプを挿入します。これらによって方位が測定されます。この装置を取り外す前に、サンプルに印を付けます。サンプルを折り取った後、印を目盛りに合わせて拡大することで、より明瞭な結果が得られます。[ 16 ]
アプリケーション
1960年代と1970年代には、逆転と極移動に関する古地磁気学的証拠が大陸移動説とプレートテクトニクス理論の検証に大きく貢献しました。古地磁気学的証拠をテレーンの史的再構成に応用する試みは、その後も論争を巻き起こし続けています。古地磁気学的証拠は、岩石や地殻変動の年代推定や、地殻の変形史の再構成にも用いられています。[ 4 ]
反転磁気層序学は、化石や人類の化石が発見された遺跡の年代を推定するためによく用いられます。[ 17 ]逆に、化石の年代が既知の場合、古地磁気データから化石が堆積した緯度を特定することができます。このような古緯度は、堆積当時の地質環境に関する情報を提供します。古地磁気研究は地質年代学的手法と組み合わせることで、磁気記録が保存されている岩石の絶対年代を決定します。玄武岩などの火成岩では、カリウム-アルゴン地質年代学やアルゴン-アルゴン地質年代学などの手法が一般的に用いられています。
参照
- 地球物理学 – 地球とその周辺地域の物理学
- 磁気化学 – 化合物の磁気的性質の研究
- 古気候学 – 古代の気候の変化の研究
- プレート再構築 – 地質学上の過去のプレートの位置を再構築するプロセス
- 岩石磁性 – 岩石の磁気特性の研究
注記
- ^ W. Jacquelyne, Kious; Robert I., Tilling (2001). 「理論の発展」 . 『この躍動する地球：プレートテクトニクスの物語』（オンライン版バージョン1.20） . ワシントンD.C.: 米国地質調査所. ISBN 0-16-048220-8. 2016年11月6日閲覧。
- ^フンボルト、FA 対 (1797)。「Ueber die merkwürdige Magnetische Polarität einer Gebirgskuppe von Serpentinstein」 [蛇紋岩の山頂の奇妙な磁極性について]。Neues Journal der Physik (ドイツ語)。4：136～ 140。 136～137ページで、フンボルトはオーバープファルツ山脈の山頂が磁性を持つことを発見しました。138ページでは、ハルツ山脈の山頂、特にシュアルヒャー山（いびきをかく山）も磁性を示したと記しています。彼はこの磁化を落雷によるものとしました。139ページ以降は、この記述が誤りであることを示しています。 138: 「Bey den Schuarchern ist es […] nicht unwahrscheinlich, daß ein Blitzstrahl in dem Granit jenen Magnetischen Streifen hervorgebracht habe, […]」 (シューアーチャーの場合は[…] 磁気縞の花崗岩に稲妻が発生したことはありえないことではありません […] ) フンボルトは、オーバープファルツのピークの場合、岩石の破片さえも磁化されていたため、この説明がさらに可能性が高いと考えました。 「Nicht bloß das anstehende Gestein,sondern auch jedes noch so klein abgeschlagene Stück hat seine beiden Pole, seine eigene Magnetische Achse」。 (露頭だけでなく、すべてのチップも、どんなに小さくても両方の[磁]極、つまり独自の磁気軸を持っています。)
- ^ a bグレン 1982、p. .
- ^ a bマケルヒニー＆マクファデン 2000
- ^松山基徳 (1929). 「日本、朝鮮（朝鮮）及び満州における玄武岩の磁化方向について」帝国学士院紀要. 5 (5): 203– 205. doi : 10.2183/pjab1912.5.203 .
- ^アルフレッド、ウェゲナー (1915)。Die Entstehung der Kontinente und Ozeane [大陸と海洋の起源] (ドイツ語)。ブラウンシュヴァイク、ドイツ: Vieweg。
- ^グレン 1982、4 ～5頁 。
- ^ランコーン, SK (1956). 「ヨーロッパと北アメリカの古地磁気比較」Proc. Geol. Assoc. Canada . 8 : 77–85 .
- ^ Irving, E. (1956). 「極地移動の古地磁気学的および古気候学的側面」. Geofis. Pura. Appl . 33 (1): 23– 41. Bibcode : 1956GeoPA..33...23I . doi : 10.1007/BF02629944 . S2CID 129781412 .
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- ^エイモス、ジョナサン（2012年12月7日）「マオリの石に磁気の手がかり」 BBCニュース。 2012年12月7日閲覧。
- ^ 「Detrital Remanent Magnetization (DRM)」 . MagWiki: 地球科学者のための磁気Wiki . 2011年11月11日閲覧。
- ^ a b Tauxe, Lisa (2016年5月24日). 「化学的残留磁化」 . 『古地磁気学の基礎：ウェブ版 3.0 』. 2017年9月18日閲覧。
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参考文献
- ダンロップ、デイビッド J.オズデミール、オズデン (1997)。岩石の磁性：基礎とフロンティア。ケンブリッジ大学プレス。ISBN 0-521-32514-5。
- グレン、ウィリアム（1982）『ハラミロへの道：地球科学革命の重要な年』スタンフォード大学出版局、ISBN 0-8047-1119-4。
- マケルヒニー, マイケル・W.; マクファデン, フィリップ・L. (2000). 『古地磁気学：大陸と海洋』アカデミック・プレス. ISBN 0-12-483355-1。
- マクフィー、ジョン（1998年）『旧世界年代記』ファーラー・ストラウス・アンド・ジルー社、ISBN 0-374-10520-0。
- トークス、リサ (1998)。古地磁気の原理と実践。クルーワー。ISBN 0-7923-5258-0。
さらに読む
- バトラー、ロバート・F. (1992). 『古地磁気学：磁気領域から地質学的テレーンまで』ブラックウェル社. ISBN 0-86542-070-X1999年2月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- タウクス、リサ（2010年）『古地磁気学のエッセンス』カリフォルニア大学出版局、ISBN 978-0-520-26031-3。
外部リンク
