1. 2(29)2020
  2. Магнітомінералогічне обгрунтування намагніченості верхньої мантії Землі. Огляд.

Магнітомінералогічне обгрунтування намагніченості верхньої мантії Землі. Огляд.

JGD.
2020;
Випуск 2(29)2020, Номер 2(29)
: 89-96
https://doi.org/10.23939/jgd2020.02.089
Надіслано: Квітень 03, 2020
Автори:
  1. Михайло Орлюк
  2. Вікторія Друкаренко
  3. О. Є. Шестопалова
1
Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України
2
Інститут геофізики ім.. С. І. Субботіна НАН України
3
Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України

Мета дослідження. Обґрунтувати, що джерела виявлених нині магнітних аномалій з довжинами хвиль у перші тисячі кілометрів можуть мати магнітно-мінералогічну природу за рахунок  існування на мантійних глибинах магнітних мінералів, зокрема магнетиту, гематиту, самородного заліза, а також сплаву заліза та кобальту.  Показати також, що зміна магнітних властивостей цих мінералів за рахунок термодинамічного та флюїдного режимів може бути причиною сучасних часових змін довгохвильових магнітних аномалій. Згідно з численними роботами різних авторів трансформації магнітних мінералів відбуваються в особливих текто­нічних зонах верхньої мантії Землі, зокрема областях різних типів зчленування літосферних плит, рифтів, плюмів, тектонотермальної активізації тощо. Магнітними можуть бути ділянки верхньої мантії із темпера­турами, нижчими від температури Кюрі магнетиту, наприклад, у зонах субдукції,  кратонах  та місцях з древньою океанічною літосферою. Окрім магнетиту та самородного заліза, потенційним джерелом магнітних аномалій верхньої мантії можуть бути оксиди заліза, зокрема гематит (α-Fe2O3), який є домінантним оксидом у зонах субдукції на глибинах від 300 до 600 км. Експериментально зарубіжні дослідники довели, що в холод­них субдукційних плитах гематит може зберігати свої магнітні властивості до перехідної зони мантії (приблизно 410–600 км). Висновки. Виконаний огляд попередніх досліджень вітчизняних та зарубіжних авторів дав змогу обґрунтувати на магнітно-мінералогічному рівні можливість існування на мантійних глиби­нах намагнічених порід, зокрема самородного заліза, та можливі їх зміни за рахунок термодинамічних факторів та флюїдного режиму. Експериментально зарубіжні дослідники довели, що у місцях занурення літосферних плит на мантійних глибинах тривалий час може зберігатися їхня намагніченість, а також прогнозовано може спостерігатися підвищення магнітної сприйнятливості за рахунок ефекту Гопкінсона поблизу температури Кюрі магнітних мінералів. Практична значущість. Отримана інформація про те, що мантія до глибин перехідної зони може містити магнітні мінерали та мати залишкову намагніченість, допоможе в інтерпретації як сучасних магнітних аномалій, так і палеомагнітних даних.

магнітні аномалії
мантія
намагніченність
літосфера
магнітні мінерали
  1. Гантимуров А. Ф. Флюидный режим железо-кремниевых систем. Новосибирск: Наука, 1982.  69 с.
  2. Геншафт Ю. С., Цельмович В. А., Гапеев А. К. Кристаллизация высокотитанистой   феррошпинели  в силикатных расплавах при Р-Т условиях верхней мантии. Палеомагнетизм и магнетизм горных пород. Москва, 2000. С.18-20.
  3. Кадик А. А., Луканин О. А., Портнягин А. Л. Магмообразование при восходящем движении мантийного вещества: температурный режим и состав расплавов, образующихся при адиабатической декомпрессии ультрабазитов мантии. Геохимия. 1990. № 9. С. 1263-1276.
  4. Квасница И. В., Косовский Я. И. Самородное железо из базальтов Волыни (Украина). Теория, история, философия и практика минералогии: материалы IV Международного минералогического семинара, Сыктывкар, 2006. Геопринт, 122-123.
  5. Королев Э. А., Бахтин А.И., Шиловский О. П., Николаева В. М., Воробьев В. В., Осин Ю. Н., Бариева Э. Р. Находки самородного железа в пиритовых конкрециях среднеюрских отложений на территории Татарстана. Ученые записки Казанского университета. Естественные науки. 2013. Т.155. Кн.2. С.182-189.
  6. Лыкасов А. А., Рысс Г. М., Власова И. С. Фазовые превращения при восстановлении шлака сульфидной медной плавки продуктами газификации углеродистых восстановителей при температуре 1320 К Вестник ЮУрГУ. Серия “Металлургия”. 2013.  Т.13.  № 1.  С. 24-28.
  7. Маракушев А. А., Генкин А. Д. Термодинамические условия образования карбидов металлов в связи с их нахождением в базитах, гипербазитах и в медно-никелевых сульфидных рудах. Вестник МГУ. Геология. 1972. № 5. С. 7—27.
  8. Мельник Ю. П., Стебновская Ю. М. Характер распределения железа и условия образования ферромагнитных минералов. Магнитные аномалии земных глубин. Киев: Наук.думка, 1976. С. 64—73.
  9. Меньшов О. І., Сухорада А. В. Основи теорії  та методології геофізики грунтового покриву: перші результати практичного застосування. Вісник КНУ Тараса Шевченка. 2017. Т.79. №4. С. 35-39.
  10. Орлюк М. И., Пашкевич И. К. Глубинные источники региональных магнитных аномалий: тектонотипы и связь с транскоровыми разломами. Геофизический журнал. 2012. Т.34. № 4. С.224 -234.
  11. Орлюк М. И., Марченко А. В., Роменец А. А. Пространственно-временные изменения геомагнитного поля и сейсмичность. Геофизический журнал. 2017. Т.39. № 6. С. 84-105.
  12. Орлюк М. І., Пашкевич І. К., Марченко А. В., Роменець А. О. Корово-мантійна природа довгохвильової Центрально-Європейської магнітної аномалії. Геофізика і геодинаміка: прогнозування та моніторинг геологічного середовища: збірник матеріалів конференції. Під заг. ред. В. Ю. Максимчука. м. Львів: Растр-7,  2019. С.143-146.
  13. Орлюк М. И. Магнитная модель земной коры юго–запада Восточно–Европейской платформы: дис. … доктора геол. наук. Киев, 1999. 404 с.
  14. Петромагнитная модель литосферы. Под ред. Д. М. Печерского. Київ: Наук.думка, 1994. 176 с.
  15. Печерский Д. М. Распространенность железа внутри планет. Геофизический журнал. 2016. Т. 38. №5. С. 13 -25.
  16. Рябов В. В., Павлов А. А., Лопатин Г. Г. Самородное железо сибирских траппов. Новосибирск: Наука, 1985. 169 с.
  17. Сорохтин  О. Г., Ушаков С. А. Развитие Земли. Москва: Изд-во МГУ, 2002. 506 с.
  18. Флюидный режим земной коры и верхней мантии. Москва: Наука, 1977. 210 с.
  19. Штейнберг Д. С., Лагутина, М. В. Углерод в ультрабазитах и базитах.  Москва: Наука, 1984. 110 с.
  20. Blakely, B., Brocher, T. & Wells R. Subduction – zone magnetic anomalies and implications for hydrated forearc mantle. Geology, 2005, 33 (6), 445-448. doi 10.1130/G21447.1
  21. Drukarenko, V., Orlyuk M., Shestopalova O. Magnetomineralogical substantiation of magnetization of the rocks of the lower crust and upper mantle.  Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment: Materials of XIIIth International Scientific Conference, Kyiv, 12-15 November 2019, Kyiv, Ukraine.  Conference CD-ROM Proceedings. DOI: 10.3997/2214-4609.201903209
  22. Dunlop, D., Ozdemir, O. & Costanzo–Alvarez, V. Magnetic properties of rocks of the Kapuskasing uplift (Ontario, Canada) and origin of long–wavelength magnetic anomalies. Geophysical Journal International, 2010, 183, 645–658.
  23. Dunlop D. High-temperature susceptibility of magnetite: a new pseudo-single-domain effect. Geophysical Journal International, 2014199, 707-716. doi: 10.1093/gji/ggu247
  24. Dyment, J., Lesur, V., Hamoudi, M., Choi, Y., Thebault, E., & Catalan, M. World Digital Magnetic Anomaly Map version 2.0. AGU Fall Meeting: Abstract GP13B-1310, San Francisco, Calif., 2016. Retrieved from http://www.wdmam.org
  25. Fedorova, N. V. & Shapiro, V. A. Reference field for the airborne magnetic data. Earth Planets Space, 1998, 50, 397–404.
  26. Ferre, E. C., Friedman, S. A., Martin-Hernandez, F., Feinberg, J. M., Conder, J. A., Lonov, D. A. The magnetism of mantle xenoliths and potential implications for sub – Moho magnetic sources. Geophysical Researh Letters, American Geophysics Union, 2013, 40(1), 105-110. https://doi.org/10.1029/2012GL054100
  27. Ferré, E. C., Friedman, S. A, Martín-Hernández, F., Feinberg, J. M., Till, J. L., Ionov, D. A. & Conder, J. A. Eight good reasons why the uppermost mantle could be magnetic. Tectonophysics, 2014, 624–625, 3–14.
  28. Frost, D. J. & McCammon, C. A. The redox state of Earth’s mantle. Ann. Rev. Earth Planet. Sci., 2008, 36, 389-420.
  29. Gadirov V. G., Eppelbaum L. V., Kuderavets R., Menshov O., Gadirov K. Indicative features of local magnetic anomalies from hydrocarbon deposits: Examples from Azerbaijan and Ukraine. Acta Geophysica, 2018, 66(6), 1463-1483, DOI: 10.1007/s11600-018-0224-0.
  30. Goncharov, A. G., Ionov, D. A., Doucet, L. S. & Pokhilenko, L. N. Thermal state, oxygen fugacity and C-O-H fluid speciation in cratonic lithospheric mantle: new data peridotite xenoliths from the Udachnaya kimberlite, Siberia. Earth Planet. Sci. Lett., 2012), 357-358. doi:10.1016/j.epsl.2012.09.016
  31. Ishii, T., Huang, R., Myhill, R., Fei, H., Koemets, I., Liu, Z., Katsura, T. Sharp 660-km discontinuity controlled by extremely narrow binary post-spinel transition. Nature Geoscience, 2019, 12 (10), 1-4. DOI: 10.1038/s41561-019-0452-1
  32. Kiseeva, E., Vasiukov, D., Wood, B., McCammon, C., Stachel, T., Bykov, Dubrovinsky, L. Oxidized iron in garnets from the mantle transition zone. Nature Geoscience, 2018, 11(2), 144-147. DOI: 10.1038/s41561-017-0055-7
  33. Kiss, J., Prácser, E., Szarka, L., & Ádám, A. Magnetic phase transition and the magnetotellurics. Magyar geofizika, 2010, 51 (2), 1-15.
  34. Kletetschka, G., Wasilewski, P. & Taylor, P. The role of hematite–ilmenite solid solution in the production of magnetic anomalies in ground– and satellite–based data. Tectonophysics, 2002, 347,167–177.
  35. Komabayashi, T. & Fei, Y. Internally consistent thermodynamic database for iron to the Earth's core conditions. Journal of Geophysical research. Solid Earth, 2010, 115, B3. https://doi.org/10.1029/2009JB006442
  36. Knafelc, J., Filiberto, J., Ferre, E., Conder, J., Costello, L., Crandall, J., Schwenzer, S. The effect of oxidation on the mineralogy and magnetic properties of olivine. American Mineralogist, 2019, Vol.104, 694-702. DOI: 10.2138/am-2019-6829
  37. Kupenko I., G. Aprilis, D., Vasiukov, M., McCammon, C., Chariton, S., Cerantola, V., Kantor, I.... Sanchez-Valle, С. Magnetism in cold subducting slabs at mantle transition zone depths. Nature, 2019, Vol. 570 (7759), 102-106. DOI: 10.1038/s41586-019-1254-8
  38. Malvoisin, B., Carlut, J. & Brunet, F. Serpentinization of oceanic peridotites: 1. A high-sensitivity method to monitor magnetite production in hydrothermal experiments. Journal of Geophysical research, 2012, Vol. 117, B01104.  doi:10.1029/2011JB008612
  39. McEnroe S. A., Robinson P., Church N. & Purucker M. Magnetism at Depth: A View from an Ancient Continental Subduction and Collision Zone. Geochemistry Geophysics Geosystems, 2018, 4(19). https://doi.org/10. 1002/2017GC007344
  40. Slama, J., Usakova, M., Soka, M., Dosoudil, R. & Jansarik, V. Hopkinson Effect in Soft and Hard Magnetic Ferrites. 16th Czech and Slovak Conference on Magnetism, Košice, Slovakia, June 13–17. Acta Physica Polonica A, 2017, 131(4), 762-764. DOI: 10.12693/APhysPolA.131.762  
  41. Thébault, E., Purucker, M., Whaler, K.A., Langlais, B. & Sabaka,T.J. The Magnetic Field of the Earth’s Lithosphere. Space Sci Rev. Springer Science+Business Media B.V. 2010. DOI 10.1007/s11214-010-9667-6
  42. Wasilewski, P. J. & Warner, R. D. Magnetic petrology of deep crustal rocks - Ivrea Zone, Italy. Earth.Planet.Sci.Lett. 1988, 87, 347—361.

​