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科學研究

孟?。禾焐終-Pg時期玄武巖古地磁結果指示磁異常及磁場倒轉頻率與長期變呈正相關【JGR-SE,2020】
2020-10-27 閱讀:190

地磁場是地球最古老的特征之一?!犊茖W》雜志列出的125 個需要回答的科學問題,以及美國國家研究理事會發布的《時域地球——美國國家科學基金會地球科學十年愿景(2020-2030)》第1個科學優先問題,將地磁場如何產生和如何倒轉列入其中。古地磁研究表明,地磁場倒轉頻率可能受到核幔邊界熱狀態的影響,呈現地磁極性頻繁倒轉與數百萬年保持不變的超靜磁期的特征。160 Ma以來地磁極性年代可以分為四個階段,分別為0-40Ma每百萬年倒轉4次,40-80Ma每百萬年倒轉1.3次,83-123Ma超靜磁期,120-160Ma每百萬年倒轉2.4次。那么,關鍵科學問題是獲得磁極性倒轉頻率與哪些地磁場特征有關。具體來講,磁極性倒轉頻率是否與表征地磁場長期變化的磁場強度以及虛地磁極離散度相關?在精確的時代框架下準確的定量估算地磁場長期變化是解決這一科學問題的基本前提。然而,一方面離散度受緯度影響,并被質疑無法表征地磁發電機的特征。另一方面,與緯度無關的古強度變化卻存在較低的實驗成功率。與此同時,白堊紀-新生代期間中亞地區磁傾角異常低于預期值一直是困擾學術界的科學難題,并影響到了我們正確理解印度-歐亞碰撞的構造重建。

針對以上科學問題,我校地球科學與資源學院王成善院士團隊孟俊副教授與德國慕尼黑大學Florian Lhuillier博士合作,對中亞西天山托云地區K-Pg時期玄武巖(圖1)開展了詳細的古地磁學研究,獲得如下實驗結果:93個組(129個熔巖流采點)方向數據得出西天山托云地區60-70Ma虛地磁極為180.2°E,49.5°N,離散度S = 20.8° (18.8°, 23.1°)。磁傾角I = 36.2°表明托云火山巖噴發于~20°N,遠遠低于同時期歐亞/東亞板塊預期的磁傾角(圖2)。絕對古強度實驗獲得地磁場虛偶極矩58.9 ± 6.9 ZA·m2,與全球數據庫60-70Ma古強度吻合(圖3)。Pseudo-Thellier實驗獲得相對強度變化31 ± 5% (N= 15),與地磁場倒轉頻率呈正相關(圖3)。以上結果表明:

1對比紅層古地磁結果,天山地區K-Pg時期火山巖同樣存在磁傾角異常低的特征。印度-歐亞大陸碰撞導致的地殼縮短不能完全解釋10-15°的磁傾角異常,因此,地磁場局部異常也是導致中亞地區低磁傾角的機制之一。

2古強度實驗結果可能支持120Ma以來地磁場倒轉頻率與長期變的正相關性。

1 中亞西天山托云地區地質背景與K-Pg玄武巖剖面信息


2  同時期(~60Ma)德干玄武巖、托云玄武巖與北大西洋大火成巖省的古地磁方向數據對比


3 托云地區K-Pg玄武巖絕對/相對古強度實驗結果與全球古強度數據對比

 

上述研究成果發表在地球科學國際權威刊物《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》上:Meng, J., Lhuillier, F., Wang, C., Liu, H., Eid, B., & Li, Y. 2020. Paleomagnetism of Paleocene-Maastrichtian (60-70 Ma) lava flows from Tian Shan (Central Asia): Directional analysis and paleointensities. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 125(9), e2019JB018631. https://doi.org/10.1029/2019JB018631 [IF=3.64].

全文鏈接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019JB018631




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