ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2015, том 55, № 2, с. 235-246
УДК 550.383
СТОХАСТИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В СРЕДНЕЙ ЮРЕ-ПАЛЕОГЕНЕ
© 2015 г. А. Ю. Куражковский, Н. А. Куражковская, Б. И. Клайн
Геофизическая обсерватория "Борок" — филиал Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН,
п. Борок (Ярославская обл.) e-mails: ksasha@borok.yar.ru; knady@borok.yar.ru; klain@borok.yar.ru Поступила в редакцию 21.04.2014 г. После обработки 25.05.2014 г.
Исследовано распределение значений палеонапряженности и продолжительностей интервалов между инверсиями геомагнитного поля (полярных интервалов), соответствующих различным геологическим эпохам. Обнаружено, что в большинстве случаев стохастические ряды данных палеонапряженности наилучшим образом аппроксимируются степенной функцией. Показатели степенных распределений изменялись в зависимости от интервалов геологического времени, которым принадлежали анализируемые палеомагнитные данные. Распределения продолжительностей полярных интервалов аппроксимировались экспоненциальной функцией. Показатели экспоненты также изменялись в зависимости от интервалов геологического времени. В результате проведенного анализа обнаружено, что наиболее значимые изменения в поведении палеонапряженности произошли в палеогене вблизи границы палеоцен—эоцен. На основе анализа палеомагнитных данных сделано предположение о значимой роли турбулентности магнитоактивной среды в генерации геомагнитного поля Земли. Турбулентность магнитоактивной среды усиливалась в мелу по сравнению с юрой и палеогеном.
DOI: 10.7868/S0016794015010083
1. ВВЕДЕНИЕ
Представления о связи между поведением характеристик геомагнитного поля с процессами в жидком ядре, в основном, базируются на результатах теории геомагнитного динамо. Известны попытки исследования процессов в жидком ядре нашей планеты на основе поиска аналогий в поведении различных оболочечных магнитоактивных сред. Так, имеется ряд работ, в которых проводятся аналогии в поведении магнитного поля Земли, Солнца, планет и процессов, происходящих в магнитосфере Земли, например [Зельдович и др., 2006]. Находить подобие в поведении главного магнитного поля Земли, Солнца и магнитосфер-ных процессов позволяет изучение статистических свойств распределения длительностей полярных интервалов и значений напряженности древнего геомагнитного поля. Кроме того, на основе изучения поведения характеристик древнего геомагнитного поля можно делать заключения об эволюционных изменениях состояния среды, в которой происходила генерация геомагнитного поля [Добрецов, 1997].
Исследования распределений длительностей полярных интервалов начались одновременно с появлением первых шкал полярности. Например, в работах [Сох, 1968; Рузмайкин и Трубихин, 1992], которые проведены в различное время, показано,
что распределение продолжительностей полярных интервалов кайнозоя хорошо аппроксимируется экспоненциальной функцией. Результаты работ [Иванов, 1996; Печерский и др., 1997] показали, что режим полярности геомагнитного поля имеет степенной характер на длительных интервалах геологического времени. Распределение продолжительностей полярных интервалов мезозоя—кайнозоя в зависимости от выбранной шкалы полярности могут аппроксимироваться как степенной, так и экспоненциальной функцией [Клайн и др., 2009]. С одной стороны, это свидетельствует о том, что процессы в земном ядре нестационарны и изменяются в течение геологического времени. С другой стороны, исследования режима геомагнитной полярности мезозоя нельзя считать завершенными.
Широкому использованию результатов определений палеонапряженности для исследования процессов в ядре Земли мешает недостаточно подробная изученность этой характеристики геомагнитного поля. Исследования напряженности геомагнитного поля позднего мезозоя-кайнозоя были основаны на данных, выполненных по термонамаг-ниченным породам. В ряде обзорных работ [Valet, 2003; Biggin and Thomas, 2003; Heller et al., 2003; Tar-duno et al., 2006; Tauxe and Yamazaki, 2007] проводился анализ распределений значений палеонапря-женности. Например, в работе [Heller et al., 2003]
H/Ho б
РЗР2
H/Ho б
Pi
so
K2
i2o
Ki
РЗР2
Kl
i2o
Ki
!6O
J3 Л
160 млн лет J3J2
а
4
l
o
б
4
l
o
Рис. 1. Динамика изменений напряженности геомагнитного поля в интервале (168—23) млн лет по осадочным (а) и по термонамагниченным (б) породам. Ниже оси абсцисс указана принадлежность фрагментов палеонапряженности геологическим эпохам согласно определениям, выполненным в работах [Богачкин, 2004;. Гужиков и др., 2007; Пименов и Ямпольская, 2008].
было показано, что в зависимости от интервалов геологического времени распределение значений палеонапряженности могло быть либо одномодаль-ным, либо бимодальным. На основе анализа распределений в этой же работе сделано предположение о существовании двух источников геомагнитного поля. При этом было указано, что для уверенных выводов о работе геодинамо имеющихся данных недостаточно.
В последние годы получены новые определения палеонапряженности по осадочным породам юры—палеогена [Куражковский и др., 2011; 2012; Kurazhkovskii et al., 2014; Channell and Lanci, 2014]. Совместный анализ данных палеонапряженности мезозоя-кайнозоя, выполненных по осадочным и термонамагниченным породам, не проводился.
В рамках настоящей работы проводится статистический анализ данных палеонапряженности и продолжительности полярных интервалов средней юры—палеогена.
2. АНАЛИЗИРУЕМЫЙ МАТЕРИАЛ
2.1. Данные палеонапряженности по осадкам. Результаты определений палеонапряженности по осадочным породам взяты из работ [Куражковский и др., 2011; 2012; Kurazhkovskii et al., 2014]. Динамика палеонапряженности средней юры—палеогена, полученная в этих работах, не является непрерывной. Так, полностью отсутствуют данные палеонапряженности коньяка [Куражковский и др., 2012] и лютеция [Kurazhkovskii et al., 2014]. Пропуски палеомагнитной информации связаны с особенностями накопления осадочных толщ. На рисунке 1а представлены обобщенные данные, полученные на основе определений палеонапряженности по 853 горизонтам отложений юры—палеогена. Средние (за геологические эпохи) значения палеонапряженности по осадочным породам приведены в табл. 1. В дальнейшем при проведении статистического анализа мы разделили палеоген на две части: начало (палеоцен) и конец (эоцен, олигоцен). Такое разделение проведено в соответствии с особенностями поведения палеонапряженности. В начале палеогена обнаружены всплески палеонапряженности (высокие, более
Таблица 1. Средние за геологические эпохи значения палеонапряженности по осадочным и термонамагничен-ным породам
Возраст Осадочные породы Термонамагниченные породы
n H/Ho а а 95% n H/H0 а а 95%
Олигоцен 46 0.56 0.35 0.11 112 0.58 0.34 0.07
Эоцен 49 0.72 0.41 0.14 145 0.74 0.41 0.07
Палеоцен 92 0.81 0.77 0.16 131 0.83 0.53 0.09
Мел 2 159 0.82 0.58 0.09 229 0.73 0.48 0.06
Мел 1 277 0.76 0.53 0.06 361 0.77 0.56 0.06
Юра 3, 2 230 0.4 0.35 0.04 88 0.36 0.17 0.04
Примечание: n — количество палеомагнитных определений; H/H0 — средние значения палеонапряженности; ст — стандартное отклонение; а 95% — 95% доверительные интервалы оценки среднего.
3Н0 значения палеонапряженности, где Н0 — среднее значение напряженности современного геомагнитного поля, равное 40 мкТл). Амплитуда всплесков составляла (3—7) а (рис. 1 и табл. 1), где а — дисперсия средних значений палеонапряженности за геологическую эпоху. В конце палеогена высокие значения палеонапряженности не обнаружены.
Как видно из рис. 1а, изменения палеонапря-женности происходили хаотически. Тем не менее, в ее изменениях можно обнаружить определенную структуру — чередование всплесков и интервалов спокойного геомагнитного поля, т. е. поведению палеонапряженности свойственна перемежаемость [Берже и др., 1991, Platt et al., 1993]. Наличие такой повторяемости в поведении геомагнитного поля позволяет надеяться на то, что пропуски данных не должны оказать значительного влияния на представления о поведении палеонапряженности средней юры—палеогена.
2.2. Данные палеонапряженности по термонамаг-ниченным породам. Результаты определений палео-напряженности по термонамагниченным породам взяты из базы данных PINT12 [http://earth.liv.ac.uk/ pint/]. Описание базы данных приведено в работе [Biggin, et al., 2010]. На рисунке 1б показаны результаты этих определений палеонапряженности в интервале (168—23) млн лет. Кроме того, в табл. 1 приведены средние значения (за геологические эпохи) палеонапряженности, полученные по тер-монамагниченным породам. В настоящей работе использовано 1066 определений палеонапряженности по термонамагниченным породам. Следует отметить, что во многих случаях изотопные методы не позволяют различить возраст пород, используемых для палеомагнитных определений. Так, для интервала (168—23) млн. лет в PINT12 имеется только 164 результата определений палеонапряженности, возраст которых различается. Таким образом, полнота представления геомагнитной истории данными, полученными по тер-
монамагниченным и по осадочным породам, безусловно, различается. Однако это различие не исключает возможности их сопоставления.
2.3. Сравнение палеонапряженности по осадочным и термонамагниченным породам. В поведении палеонапряженности, полученной по осадочным и термонамагниченным породам, имеются общие закономерности (рис. 1). Амплитуда вариаций палеонапряженности или разброс ее значений увеличиваются от юры к мелу и уменьшаются в среднем палеогене. Из таблицы 1 видно, что средние (за геологические эпохи) значения и дисперсии палеонапряженности, полученные по осадочным и термонамагниченным породам, изменяются одинаково. Это является доводом в пользу корректности полученных значений палеонапря-женности. В то же время между этими массивами данных существует одно явное различие. По тер-монамагниченным породам получено меньше высоких (3Н0 — 4Н0) значений палеонапряженности, чем по осадочным породам.
При исследовании изменений интенсивности геомагнитного поля мы рассматривали поведение палеонапряженности (H), а не виртуального ди-
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.