Magnetic Stratigraphy of Sediments; Benchmark Papers in Geology, Volume 54; pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:1980

作者:James R., (Editor); Kennett

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1980

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780127868295

丛书系列:

图书标签:

• 磁性地层学
• 沉积物
• 地质学
• 地球物理学
• 古地磁学
• 地层学
• 岩石磁学
• 科学
• 学术
• 研究

地质时间的长河：磁性地层学在沉积物研究中的关键作用 磁性地层学，一项看似古老却又充满活力的科学，为我们揭示了地球地质历史的深层秘密。它通过分析沉积物中记录的地球古地磁场变化，如同在岩石档案中阅读一部详尽的时间线，为地质学家提供了理解沉积过程、构建地层格架、推断古环境演变乃至生命演化的强大工具。本书并非直接介绍《磁性地层学：地质学基石论文汇编，第54卷》这本书本身，而是旨在深入探讨磁性地层学这一独立学科的理论基础、核心方法、应用领域及其在推动地质科学发展中所扮演的关键角色，为读者构建一个全面而详实的学科图景。 一、 什么是磁性地层学？ 磁性地层学研究的是沉积物中磁性矿物所记录的地球古地磁场。地球的磁场并非一成不变，它在亿万年的地质岁月中经历了多次方向和强度的变化，最显著的便是磁极的倒转。当地球磁场发生倒转时，原本指向地理北极的磁针会反转指向地理南极。这些倒转事件并非随机发生，它们遵循着一定的周期性和模式，形成了全球性的地磁反转时间表。 当沉积物形成时，其中的磁性颗粒（主要是赤铁矿、磁铁矿等）会在地球磁场的作用下定向排列，并将当时的磁场信息“锁定”在沉积物中。随着时间的推移，这些沉积物堆积在一起，形成了层层叠叠的岩石记录。磁性地层学家通过对这些岩石样本进行详细的磁学测量，就能够识别出不同时期记录的磁场方向。通过识别出连续的磁极倒转序列，科学家们便可以为地层划分和对比建立起一个全球统一的时间框架。 二、 磁性地层学的理论基石 1. 地球古地磁场: 理解磁性地层学，首先需要了解地球古地磁场的产生机制和演化规律。科学界普遍认为，地球外核中的液态铁镍合金在高温对流过程中产生了电流，从而生成了地核磁场，这被称为“发电机理论”。虽然这个过程极其复杂，但其产生的地磁场在宏观尺度上表现出了一定的稳定性，同时也存在着随时间变化的特性。 2. 磁极倒转: 这是磁性地层学应用的核心。地球的磁极并非固定不变，在漫长的地质历史中，它们曾多次发生倒转。这些倒转事件并非连续不断，而是呈现出间隔不等的“倒转期”和“正向期”。通过对全球不同地区、不同时代的沉积物进行研究，科学家们已经构建出了一份详细的地磁极性时间表（Geomagnetic Polarity Time Scale, GPTS），它像一张巨大的时钟，精确地指示了每次磁极倒转发生的时间。 3. 沉积物磁性记录的形成: 沉积物中磁性矿物的获取方式和定向过程是记录古地磁场信息的关键。主要有两种机制： 沉积剩磁 (Detrital Remanent Magnetization, DRM): 当含有磁性颗粒的物质（如陆源碎屑、火山灰）沉降到水体或冰体中时，磁性颗粒会在地球磁场的作用下定向排列，然后被沉积物基质固定下来。这种记录方式对沉积速率、水体动力等因素较为敏感。 化学剩磁 (Chemical Remanent Magnetization, CRM): 在沉积物形成或埋藏过程中，新的磁性矿物（如赤铁矿）通过化学反应形成。这些新生磁性矿物在形成过程中会捕获当时的地球磁场信息，从而产生化学剩磁。这种记录方式通常比沉积剩磁更稳定，能够更准确地记录当时的磁场。 4. 磁性矿物的特性: 不同的磁性矿物具有不同的热稳定性和磁学性质。研究者需要了解这些矿物的性质，以便有效地提取和解释磁性信息。例如，磁铁矿（Magnetite）和赤铁矿（Hematite）是沉积物中最常见的两种磁性矿物。磁铁矿的磁性通常在较低温度下形成，而赤铁矿则可能在较高温度或化学环境下形成。 三、 磁性地层学的核心方法 1. 岩心和露头采样: 磁性地层学的研究通常始于对沉积岩心（如海洋钻孔、湖泊钻孔）或陆地露头的精心采样。采样过程需要严格控制方向和位置，以确保后续分析的准确性。 2. 磁学测量: 这是磁性地层学最核心的技术环节。科学家们利用各种精密仪器来测量沉积物样本的磁性特征，主要包括： 特征剩磁 (Characteristic Remanent Magnetization, ChRM): 这是沉积物中保留的、最古老且最稳定的磁性记录，通常是沉积剩磁或化学剩磁。科学家们通过一系列的热退磁（Thermal Demagnetization）或交流退磁（Alternating Field Demagnetization）实验，去除干扰的、年轻的磁性成分，从而获得真实的古地磁场方向。 磁化强度 (Magnetic Intensity): 测量样本的磁化强度，可以反映古代地球磁场的强弱变化。 磁化率 (Magnetic Susceptibility): 测量样本对外部磁场的响应程度，可以反映样本中磁性矿物的含量和类型。 3. 古地磁方向分析: 将测量得到的古地磁方向绘制成图，并与已知的地磁极性时间表进行比对。通过寻找相似的磁极倒转序列，就可以将样本的地层与GPTS进行精确的年代对比。 4. 年代标定: 磁性地层学本身提供了一个相对的年代框架。为了获得绝对年代，通常需要结合其他年代学方法，如放射性同位素测年（如U-Pb、Ar-Ar测年）、氨基酸消旋测年（Amino Acid Racemization, AAR）等，以及生物地层学（Biostratigraphy）的证据，来精确标定地磁倒转事件发生的确切时间。 四、 磁性地层学的广泛应用 1. 地层划分与对比: 这是磁性地层学最基础也是最重要的应用。通过全球统一的地磁极性时间表，科学家们可以对来自世界各地、不同地质环境的沉积地层进行精确的划分和对比，建立起区域乃至全球性的地层格架。这对于理解地质事件的发生时间和空间分布至关重要。 2. 年代确定: 磁性地层学是确定沉积地层年代最可靠和最通用的方法之一。一旦将地层的磁性序列与GPTS对接，就可以获得非常精确的年代信息，甚至可以达到数万年甚至更小的精度。 3. 古环境重建: 沉积物中磁性矿物的类型和含量往往与古环境条件密切相关。例如，湖泊中磁铁矿的含量可能指示着水体氧化还原条件的变化，而河流沉积中的磁性矿物可能反映了源区的岩性变化。通过磁性地层学，研究者可以构建详细的古环境演化序列，了解古气候、古水文、古地理等信息。 4. 沉积速率分析: 在知道地层年代的情况下，可以根据沉积物的厚度计算出不同时期沉积速率的变化。这对于理解地貌演化、构造活动、海平面变化等都有重要意义。 5. 研究地质事件: 磁性地层学可以帮助研究者精确地标定火山喷发、河流改道、滑坡、海侵、海退等重大地质事件发生的时间，从而更好地理解这些事件对地质环境和生态系统造成的影响。 6. 地球系统科学研究: 磁性地层学与其他地球科学分支（如海洋地质学、古气候学、古生物学、构造地质学）紧密结合，共同构建起对地球系统运行机制的深入理解。例如，通过对比海洋沉积物和陆地沉积物中的磁性地层，可以研究全球性气候变化如何影响不同地质过程。 五、 磁性地层学的前沿与挑战 尽管磁性地层学已经取得了巨大的成就，但仍有一些前沿领域和挑战值得探索： 高分辨率磁性地层学: 随着技术的进步，科学家们正在努力实现更高分辨率的磁性地层学研究，以便捕捉更短时间内（如千年尺度甚至更短）的磁场变化和环境信息，这对于研究快速气候变化和人类世地质记录尤为重要。 微量磁性记录: 如何从含有大量非磁性物质的沉积物中提取和解读微量的磁性信号，是当前研究的一个重点。 复杂地质环境下的磁性记录: 在一些特殊的地质环境下，如热液活动区、强构造变形区域，沉积物中的磁性记录可能受到复杂的影响，如何准确解读这些记录仍然是一个挑战。 非偶极性地磁场记录: 地球磁场不仅有偶极性成分，还有非偶极性成分。如何捕捉和利用非偶极性地磁场信息，将是未来研究的一个方向。 与其他地球化学示踪剂的联合应用: 将磁性地层学与同位素地球化学、有机地球化学等方法结合，能够提供更丰富、更可靠的古环境信息。 结论 磁性地层学是一门集物理学、地质学、地球化学等学科知识于一体的交叉学科。它以地球古地磁场的变化为线索，通过对沉积物中磁性矿物的精确分析，为我们提供了理解地球地质历史的“定时器”和“指纹”。从宏观的地层划分与对比，到微观的古环境重建，磁性地层学在推动地球科学的进步方面发挥着不可替代的作用。它不仅帮助我们填补了地质年代上的空白，更让我们得以窥探亿万年来地球环境的变迁、生命的演化，以及地球作为一个复杂系统是如何运行的。理解磁性地层学的原理和方法，对于任何一位致力于探索地球奥秘的地质研究者而言，都至关重要。

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