Aplicaciones del paleomagnetismo en las ciencias de la tierra
En 1912, Wegener propuso la hipótesis de la deriva continental, lo que provocó una gran controversia. No fue hasta principios de la década de 1950 que los geofísicos británicos demostraron cuantitativamente que los continentes se habían desplazado en el tiempo geológico a través de investigaciones paleomagnéticas, resucitando así la teoría de la deriva continental. El paleomagnetismo es uno de los tres pilares de la teoría de placas.
Durante el largo período geológico, el campo geomagnético tiene las características de un campo dipolar geocéntrico axial. Por tanto, la posición del polo paleomagnético se puede calcular utilizando la dirección de la magnetización remanente de la roca, que es la posición del polo geográfico en ese momento. Debido a que el campo magnético de la Tierra tiene las características de un campo magnético dipolo geocéntrico axial, la Tierra tiene solo un polo geomagnético o polo geográfico al mismo tiempo, así como los polos geomagnéticos calculados a partir de la lava de cada continente en los tiempos modernos se encuentran cerca del polos geográficos. Por el contrario, discordancias significativas entre continentes en los polos magnéticos indican traslación o rotación entre los continentes.
La ruta de la deriva polar es una base importante para estudiar la deriva continental. A partir de las curvas de deriva polar, no sólo podemos entender el movimiento y la dirección de cada continente, sino también comprender las principales relaciones entre ellos y la era de separación y deriva de las rutas de deriva polar de cada continente.
Dibuja la línea de cambio de polo aparente (polo magnético sur) de América del Sur y África en el mismo diagrama. Como se muestra en la Figura 3-8-13, las dos líneas obvias de movimiento de los polos obviamente no se superponen. Las direcciones de las dos rutas son muy similares, ambas se acercan gradualmente desde el ecuador a medida que envejecen de mayores a menores, y finalmente se cruzan en el polo sur magnético. El camino del aparente cambio polar de América del Sur es siempre hacia el oeste de África, del mismo modo que el continente sudamericano está hacia el oeste del continente africano. Si el continente africano está fijo, según la forma de la plataforma continental, el continente americano se moverá hacia el este para encajar con el continente africano, y su movimiento aparente hacia los polos también se moverá hacia el este, como se muestra en la Figura 3-8-13. Antes de la Era Mesozoica, las aparentes rutas de migración de los polos de los dos continentes eran básicamente las mismas, pero después de la Era Mesozoica, las aparentes rutas de migración de los polos divergieron. Este estudio paleomagnético demuestra que los continentes sudamericanos estuvieron conectados durante la era Paleozoica, cuando no existía el Océano Atlántico. La Era Mesozoica (Jurásica) comenzó a dividirse y el continente sudamericano se desplazó hacia el oeste y giró en el sentido de las agujas del reloj, formando la distribución actual de los dos continentes.
Este artículo analiza dos hojas de ruta obvias para el cambio de polos en Europa y América del Norte. Las dos hojas de ruta son diferentes pero tienen tendencias similares. Si América del Norte girara hacia el este a lo largo de su aparente trayectoria hacia los polos en el centro del Ártico, las plataformas continentales de América del Norte y Europa se cerrarían y el Pacífico Norte desaparecería. Hay una buena superposición entre el Silúrico y el Pérmico; sin embargo, después del Triásico, las dos líneas de movimiento aparente hacia los polos se separaron; Se puede observar que antes del Triásico, Europa y América del Norte estaban conectadas entre sí, formando los antiguos continentes europeo y americano. Después del Jurásico, Europa y América del Norte se dividieron, formando el Océano Atlántico, que descendió hasta su ubicación actual.
Figura 3-8-13 Rutas obvias del cambio de polos en América del Sur y África
(Shen Ninghua, Guan Zhining 1985)
∑, S, D, C, P, T, K, Tr y Q son Cámbrico, Silúrico, Devónico, Carbonífero, Pérmico, Triásico, Jurásico, Cretácico, Terciario y Cuaternario respectivamente; Mz es la Era Mesozoica;
(2) Evidencia paleomagnética de la expansión del fondo marino
Wilson utilizó la hipótesis de la convección del manto y la expansión del fondo marino para explicar de manera integral el mecanismo de la deriva continental. El efecto se muestra simplemente en la Figura 3-8. -14A medio. La corteza recién formada y los volcanes que la recubrían se dividieron gradualmente en dos lados y se movieron hacia el oeste (Figura 3-8-14B). Cuando un continente que avanza encuentra una contracorriente descendente, el movimiento inevitablemente se detiene y se acumula frente a la corteza continental más ligera, formando montañas, al mismo tiempo que se forman profundas fosas a medida que el fondo marino es arrastrado hacia abajo por el fluido que cae;
Figura 3-8-14 Diagrama esquemático de la convección del manto y la expansión del fondo marino
El descubrimiento y explicación de anomalías magnéticas similares a cinturones del fondo marino apoya firmemente la hipótesis de la expansión del fondo marino. La inversión de polaridad geomagnética explica cuantitativamente las anomalías zonales del océano y la hipótesis de la expansión del fondo marino.
Desde la década de 1950, los estudios aeromagnéticos a gran escala han descubierto que las anomalías magnéticas del océano tienen las siguientes características: ① Las anomalías magnéticas se distribuyen en franjas, y las franjas tienen una tendencia paralela a las dorsales oceánicas. ② Hay anomalías positivas y negativas que se alternan, con un ancho de banda de 20 a 30 km, una longitud de varios cientos de kilómetros y una amplitud de anomalía de varios cientos de NAT. ③Las anomalías magnéticas se distribuyen simétricamente en las dorsales oceánicas. Las anomalías mencionadas anteriormente se denominan anomalías magnéticas zonales oceánicas, que son muy diferentes de las anomalías magnéticas de los continentes. Figura 3-8-15 Mapa de anomalías magnéticas de Reykjavik Ridge en el sur de Islandia. El negro representa anomalías positivas y el blanco representa anomalías negativas.
La Figura 3-8-15 es una sección plana, donde AA' es la ubicación de Reykjavik Ridge y la curva de la sección registra la intensidad del campo magnético en cada punto de la sección. El campo magnético fuerte y el campo magnético débil se distribuyen simétricamente en la sección y se pueden rastrear continuamente en secciones adyacentes. El campo magnético fuerte correspondiente a cada sección está conectado con una línea de puntos para formar una cantidad de tiras, que es equivalente a la parte negra en la vista en planta. Desde la sección plana, la intensidad de la anomalía magnética en ambos lados de la cresta también es básicamente simétrica.
Estas anomalías magnéticas zonales positivas y negativas simétricas en el océano se observan no sólo en la cordillera del Atlántico, sino también en las dorsales del Pacífico, el Océano Índico y el Mar Antártico. Este fenómeno puede explicarse razonablemente mediante la teoría de la expansión del fondo marino y la inversión de polaridad geomagnética.
Figura 3-8-15 Anomalías magnéticas en bandas en la cresta de Reykjavik
(Citado de Heitzler, 1966)
En 1963, Vain y Matthews propusieron una hipótesis : el material caliente del manto asciende hasta las dorsales oceánicas mediante convección, y cuando se enfría hasta el punto Curie, adquiere remanencia térmica en la misma dirección que el campo geomagnético en ese momento. El fluido continúa ascendiendo, empujando al antiguo fondo marino a expandirse hacia ambos lados, formando un nuevo fondo oceánico en la dorsal oceánica. Durante el proceso de expansión del fondo marino, el campo geomagnético se invierte varias veces. El fondo marino formado por el campo geomagnético normal tiene magnetización positiva; el fondo marino formado por el campo geomagnético inverso tiene magnetización inversa. Por lo tanto, el fondo marino a diferentes distancias de la cresta está compuesto por capas de roca magnética con magnetizaciones alternas positivas y negativas. La Figura 3-8-16 es un diagrama esquemático de la expansión del fondo marino y la inversión del polo magnético de la Tierra. La simetría de las anomalías magnéticas a ambos lados de la cresta es el resultado de tasas de propagación iguales en ambos lados del fondo marino.
(3) Aplicar el paleomagnetismo para estudiar estructuras geológicas regionales
Después de obtener la remanencia primaria (TRM o DRM) durante el proceso de formación de la roca, si se produce movimiento tectónico, la roca se moverá en diferentes partes de la estructura las posiciones relativas cambian durante la formación. De este modo, el magnetismo remanente primario estable conservado en la roca también cambia su posición espacial junto con la roca portadora. Si medimos las direcciones de magnetización remanente estable en rocas en diferentes partes de estructuras modernas y descubrimos los cambios relativos en las direcciones entre ellas, podemos a su vez inferir y verificar el modo y la dirección del movimiento tectónico.
La mayoría de los estudiosos creen que la famosa falla profunda de Tanlu en el este de China es una falla de traslación lateral izquierda. Sin embargo, existen diferentes opiniones sobre el tiempo y la distancia de la traducción. El estudio paleomagnético de los estratos cámbrico y jurásico en los lados este y oeste de la zona de falla realizado por el Instituto de Geología de la Administración Sismológica del Estado ha proporcionado datos significativos para resolver los problemas mencionados. Como se muestra en la Figura 3-8-17, en el lado este de la zona de falla, la declinación magnética del condado de Shifu en el Cámbrico temprano es de 338°, y la declinación magnética de Wulian en el Jurásico tardío es de 7°, lo que indica que el Este último gira 29 grados en el sentido de las agujas del reloj con respecto al primero, mientras que la declinación magnética Suxian del Cámbrico Temprano en ambos lados de la zona de falla es de 42°, y la declinación magnética de Huoshan del Jurásico Tardío es de 17°, y luego gira en sentido antihorario con respecto al primero. Los datos anteriores muestran que la corteza a ambos lados de la zona de falla tiene su propio modo de movimiento independiente. Al menos antes del Jurásico, los estratos de ambos lados han experimentado un movimiento relativo.
Figura 3-8-16 Comparación de la expansión del fondo marino y las cronologías de inversión geomagnética
A - Comparación de los perfiles de anomalías geomagnéticas medidas y los perfiles estimados en la Dorsal del Pacífico Oriental. Las barras horizontales en la imagen de arriba son la cronología geomagnética; b-indicación de expansión del fondo marino
Figura 3-8-17 Mapa de declinación paleomagnética a ambos lados de la falla profunda de Tanlu
Según la falla Los datos de paleolatitud del Cámbrico temprano en ambos lados del cinturón son 39,2 en el área de Fuxian en el este y 40,8 en el área de Suxian en el oeste, lo que indica que los dos lugares estaban básicamente en la misma latitud durante este período. La latitud actual del condado de Phu es 39,5, mientras que la del condado de Su es 34. La comparación muestra que el lado oeste de la falla puede haberse movido 6,8 hacia el sur, unos 800 km. Si se tiene en cuenta el error al determinar la latitud antigua (alrededor de 5° ~ 6°), el lado oeste de la zona de falla se ha movido hacia el sur al menos 100 km desde el Cámbrico.