ИСТИНА

Получение надежных палеомагнитных данных по остаточной намагниченности горных пород. На основе экспериментальных и теоретических исследований оценить ошибку определения величины и направления магнитного поля по образцам, содержащим ансамбли взаимодействующих частиц магнетита псевдо- и однодоменных размеров различной концентрации.

The fundamental task of paleomagnetism is to obtain reliable information about the ancient magnetic field of the Earth. These data are of decisive importance for understanding the processes occurring in the core of our planet, the mechanism of generation of the main magnetic field of the Earth, as well as for the development of the theory of lithospheric plate tectonics and continental drift. Assemblies of magnetic particles are the central object of paleomagnetic studies, since the main source of information about the ancient magnetic field is the natural remanent magnetization (NRM) of particles of natural ferrimagnetic minerals, such as magnetite, hematite, and titanomagnetite, randomly scattered in a para- or diamagnetic rock matrix. Thermoremanent magnetization (TRM) of assemblies of these particles is formed in the process of rock cooling from the Curie (Néel) temperature in the current magnetic field of the Earth. Thermoremanence is a source of information about the ancient magnetic field. However, it is metastable and can change over time due to relaxation processes, as well as due to mineralogical changes. Establishing the patterns of formation and change in the remanent magnetization of rocks is a very urgent task of paleomagnetism. Thermoremanent magnetization has been well studied for assemblies of single-domain weakly interacting magnetic nanoparticles with a uniaxial type of magnetic anisotropy. At the same time, the assemblies of magnetic particles that make up rocks, as a rule, are characterized by a very wide size distribution, with the size of a significant fraction of particles significantly exceeding the characteristic single-domain diameter. Pseudo-single-domain particles should be in inhomogeneous, vortex or multidomain magnetic states. In addition, irregularly shaped particles with large aspect ratios are characterized by a complex, combined type of magnetic anisotropy. It is also important that, despite the low average concentration, the magnetic particles in the paramagnetic matrix are extremely unevenly distributed. They can form dense clusters of various shapes, where the influence of the magnetic dipole interaction on the properties of the assembly can be decisive. The role of these factors and their influence on the remanent magnetization of natural assemblies of magnetic nanoparticles is poorly studied. This may be the reason for the incorrect interpretation of paleomagnetic data, and the receipt of deliberately false results about the direction and magnitude of the ancient magnetic field of the Earth. The objective of the project is to obtain new experimental data on the behavior of the remanent magnetization of interacting assemblies of magnetite particles in the area of pseudo-single-domain sizes depending on their concentration in a non-magnetic matrix. A comprehensive study of magnetic properties (remanent magnetization, magnetization curves, magnetic susceptibility, etc.) will be carried out on model samples prepared from magnetite particles of known microsizes distributed in a non-magnetic matrix with a given concentration. This will make it possible to reliably compare the obtained experimental results with the data of multiscale micromagnetic simulation, which will be used to study the equilibrium domain structures that exist in pseudo-single-domain magnetite particles of various sizes and aspect ratios. In addition, the influence of the magnetic dipole interaction on the magnetic properties of small clusters of magnetite particles will be studied. Experimental studies will also be carried out to determine the magnitude and direction of the magnetic field from the magnetization of model assemblies and natural analogues using modern techniques and quality criteria. Based on the obtained experimental and theoretical results, the error in determining the magnitude and direction of the magnetic field from laboratory samples containing assemblies of interacting magnetite particles of pseudo-single-domain sizes of various concentrations will be estimated for the first time.

В результате выполнения данного проекта будут получены данные о влиянии магнито-статического взаимодействия на остаточную намагниченность и процессы релаксации в плотных ансамблях псевдо- однодоменных частиц магнетита. Методами микромагнитного моделирования будут определены равновесные доменные структуры в псевдо- однодоменных частицах магнетита с диаметрами 100 – 500 нм и рассчитана остаточная намагниченность разреженных ансамблей псевдооднодоменных наночастиц магнетита в зависимости от среднего диаметра частиц и от их распределения по диаметрам. Экспериментально будет получена зависимость остаточной намагниченности, кривых намагничивания, магнитной восприимчивости, температуры Кюри, блокирующей температуры, релаксационных и других значимых характеристик модельных и природных образцов от концентрации и размера ферримагнитных частиц в немагнитной матрице. Это позволит с новых позиций подойти к оценке пригодности горных пород для палеомагнитных исследований, повышению надежности определения величины и направления древнего магнитного поля Земли по остаточной намагниченности таких пород. По результатам решения задачи проекта будет разработаны система критериев диагностики различных типов ансамблей магнитных зерен и рекомендации по отбраковке объектов, непригодных для адекватных оценок величины и направления древнего магнитного поля. Экспериментальное определение релаксационных характеристик ансамблей позволить улучшить методику оценки сохранности палеомагнитного сигнала в остаточной намагниченности горных пород в зависимости от их возраста. На основе полученных экспериментальных и теоретических результатов будет оценена ошибка определения величины и направления магнитного поля по лабораторным образцам, содержащим ансамбли взаимодействующих частиц магнетита псевдо- однодоменных размеров, распределенных в немагнитной матрице. Совокупность ожидаемых результатов позволит разработать рекомендации по повышению надежности определения величины и направления древнего магнитного поля Земли по намагниченности горных пород, что может быть использовано в практических целях учеными геологами и геофизиками при решении прикладных задач.

У коллектива имеется также большой опыт теоретического и экспериментального изучения фундаментальных свойств ансамблей магнитных наночастиц, опыт экспериментального исследования титаномагнетита в базальтах, определения палеонапряженности геомагнитного поля методом Телье. Изучались вихревые и многодоменные состояния в магнитных наночастицах, влияние поверхностной и комбинированной анизотропии на свойства разреженных ансамблей магнитных наночастиц, а также магнито- дипольного взаимодействия на свойства плотных ансамблей магнитных наночастиц. Развита полная теория поведения ансамблей магнитных наночастиц в низкочастотном переменном магнитном поле с учетом тепловых флуктуаций магнитных моментов и сильного магнито- дипольного взаимодействия в ансамблях магнитных наночастиц. Исследовано магнито- статическое взаимодействие в ориентированном ансамбле вытянутых магнитных наночастиц. Развита технология получения ансамблей магнитных наночастиц методом кавитационного разрушения макрообразца. однофазного окисления и напряжений сжатия на качество определения палеонапряженности г Исследована палеоинформативность пиллоу-базальтов, влияние напряжений сжатия и наличие вторичной химической намагниченности на качество определения палеонапряженности геомагнитного поля. Показано, что метод Телье может давать занижение палеонапряженности по базальтам, содержащим однофазно окисленный титаномагнетит, и по изверженным породам сформированным в условиях сжатия. Показано, что различные части пиллоу-базальта дают одинаковые значения палеонапряженности при существенном различии их остаточной намагниченности. Разработана методика оценки степени окисления титаномагнетита по уменьшению температуры Кюри после отжига образцов в среде аргона. На основе геохимических и магнитных исследований выявлены три этапа активности Красноморского рифта в голоценовый период. Показано также, что интенсивность геомагнитного поля в этой области уменьшалась за последние 2000 лет