熱残留磁化

火成岩が冷えると、地球の磁場から熱残留磁化( TRM )を獲得します。TRM は、室温で同じ磁場にさらされた場合よりもはるかに大きくなります (等温残留磁化を参照)。この残留磁化は非常に安定しており、数百万年にわたって大きな変化なく持続します。TRM は、古地磁気学者が古代の地球の磁場の方向と大きさを推測できる主な理由です。 ^[1]

11 世紀初頭、中国では鉄片を赤熱するまで熱し、水で急冷すると磁化できることがわかっていた。急冷中に、望ましい極性を得るために鉄片を地磁気の方向に向ける。1600 年にウィリアム ギルバートは、一連の磁気に関する綿密な実験の報告書である『磁石論』 (1600)を出版した。その中で、彼は地磁気の方向に鋼棒を急冷する方法について記述しており、中国の研究を知っていた可能性がある。^[2]

20世紀初頭、数人の研究者が、火成岩の残留磁化は、加熱されていない地球の磁場で得られる残留磁化よりもはるかに強いこと、地球の磁場で岩石を加熱すると、岩石が磁場の方向に磁化されること、そして、地球の磁場は過去に方向を逆転させたことがあることを発見しました。^[3]

TRM は、それを含む鉱物のキュリー温度 以上に加熱すると除去できることは、以前から知られています。また、TRM は、より低い温度まで加熱してから室温まで冷却することで、部分的に消磁することもできます。古地磁気学における一般的な手順は、段階的消磁です。この手順では、サンプルを一連の温度まで加熱し、室温まで冷却し、各加熱ステップの間に残っている残留磁化を測定します。一連の残留磁化は、用途に応じてさまざまな方法でプロットできます。 ${\displaystyle \scriptstyle T_{\text{C}}}$${\displaystyle \scriptstyle T_{1}}$${\displaystyle \scriptstyle T_{1},T_{2},\ldots }$

岩石が後に再加熱されると（例えば、埋没の結果として）、TRM の一部または全部が新しい残留磁化によって置き換えられることがあります。残留磁化の一部のみの場合、部分熱残留磁化（pTRM）として知られています。残留磁化を得るためのさまざまな方法をモデル化した実験が数多く行われているため、pTRM には他の意味もあります。例えば、実験室でゼロ磁場中で温度（キュリー温度未満）まで冷却し、磁場をかけて温度 まで冷却し、その後ゼロ磁場中で残りの部分を室温まで冷却することによっても、pTRM を得ることができます。 ${\displaystyle \scriptstyle T_{1}}$${\displaystyle \scriptstyle T_{2}}$

理想的な TRM とは、磁場の方向と強度の両方を実験室で何らかの方法で測定できるような方法で磁場を記録できるものです。テリエは、pTRM が 4 つの法則を満たしていればこれが可能であることを示しました。A と B が 2 つの重なり合わない温度間隔であるとします。サンプルを室温まで冷却し、温度が間隔 A にある間だけ磁場をオンにすることで得られる pTRM を考えてみます。同様の定義があります。テリエの法則は次のとおりです 。${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{A}}}$${\displaystyle \scriptstyle H}$${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{B}}}$

• 直線性: が現在の地球の磁場よりそれほど大きくない場合、とは に比例します。${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{A}}(H)}$${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{B}}(H)}$${\displaystyle \scriptstyle H}$${\displaystyle \scriptstyle H}$
• 相互性:温度間隔、 を通して加熱することで除去できます。${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{A}}}$${\displaystyle \scriptstyle A}$${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{B}}}$${\displaystyle \scriptstyle B}$
• 独立性：独立しています。${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{A}}}$${\displaystyle \scriptstyle M_{\text{B}}}$
• 加法性:両方の温度間隔で磁場をオンにすることによって が得られる場合、。${\displaystyle \scriptstyle M_{{\text{A}}\cup {\text{B}}}}$${\displaystyle \scriptstyle M_{{\text{A}}\cup {\text{B}}}=M_{\text{A}}+M_{\text{B}}}$

これらの法則が任意の重複しない温度区間およびに対して成り立つ場合、サンプルはテリエの法則を満たします。^[4]${\displaystyle \scriptstyle A}$${\displaystyle \scriptstyle B}$

サンプルに多数の磁性鉱物が含まれており、各鉱物が以下の特性を持っているとします。温度が磁場に依存しないブロッキング温度に達するまで、超常磁性です。温度以下では不可逆な変化は起こりません。結果として得られる TRM をゼロ磁場で加熱すると、ブロッキング解除温度が に等しいときに再び超常磁性になります。この場合、相互性、独立性、加法性が成り立つことは簡単に確認できます。すべてのテリエの法則に従うには、線形性が満たされるだけで十分です。 ${\displaystyle \scriptstyle T_{\text{B}}}$${\displaystyle \scriptstyle T_{\text{B}}}$ ${\displaystyle \scriptstyle T_{\text{UB}}}$${\displaystyle \scriptstyle T_{\text{B}}}$

ルイ・ニールは、実際の磁性鉱物がどのようにして上記の性質を持つのかを示す物理モデルを開発した。これは、単位としてのみ回転できる均一な磁化を持つ単磁区の粒子に適用される。^[5]

• 岩石の磁力