0

RANGKUMAN

BAB 3

Virgian Rahmanda 1215051054

1

BAB 3 ASAL USUL MAGNET REMANEN ALAM

Ferromagnetism dari PARTIKEL HALUS Batuan adalah kumpulan mineral feromagnetik halus tersebar dalam matriks diamagnetik dan mineral paramagnetik. magnetisasi dari magnetit partikel individu yang dilambangkan j sedangkan magnetisasi keseluruhan sampel dilambangkan J. Prinsip dasarnya adalah bahwa partikel feromagnetik memiliki berbagai energi yang mengontrol magnetisasi mereka. Domain magnetik Langkah pertama adalah untuk memperkenalkan konsep dan pengamatan domain magnetik. Tenaga magnetik yang berdekatan atom membatalkan internal untuk partikel tetapi menghasilkan distribusi muatan magnet pada permukaan partikel. Untuk partikel bulat, satu belahan bumi memiliki muatan positif dan yang lainnya memiliki muatan negatif. Ada energi yang tersimpan dalam distribusi muatan ini karena tolakan antara gaya yang berdekatan. Ini adalah energi magnetostatik, em

a. lingkup Seragam magnet bahan feromagnetik. Arah saturasi magnetisasi js ditunjukkan oleh panah; Gaya magnetik permukaan ditunjukkan oleh tanda plus dan minus

b. bahan feromagnetik Sphere dibagi menjadi domain magnetik. Panah menunjukkan arah js dalam domain magnetik individu; garis memisahkan domain magnetik yang berdekatan adalah dinding domain.

c. Rotasi momen magnetik atom dalam dinding domain. Panah menunjukkan momen magnetik atom yang spiral ke arah dalam dinding domain

2

Sebutir feromagnetik seragam magnet memiliki j = j s , Dan energi magnetostatic ekstrim untuk bahan dengan js tinggi. Pembentukan domain magnetik seperti yang ditunjukkan pada Gambar menurunkan energi magnetostatic karena persen dari permukaan ditutupi oleh gaya magnet dan tanda berlawanan yang berdekatan daripada dipisahkan. Internal untuk setiap domain individu, magnetisasi adalah js, Tapi seluruh Butir memiliki magnetisasi murni , j 10 m mengandung sejumlah domain dan disebut sebagai multidomain (MD) butir. Wilayah memisahkan domain adalah dinding domain (GambarC ). Karena energi pertukaran antara atom yang berdekatan, momen magnetik atom secara bertahap spiral melalui lakukan-yang dinding utama, yang memiliki kedua energi yang terbatas dan lebar terbatas (1000 untuk magnetit). Domain Butir Tunggal Dengan penurunan ukuran butir, jumlah domain magnetik menurun. Akhirnya, butir menjadi begitu kecil bahwa energi yang dibutuhkan untuk membuat dinding domain lebih besar dari penurunan energi magnetostatic yang dihasilkan dari butir-butir membagi menjadi dua domain. Di bawah ukuran partikel ini, tidak penuh semangat menguntungkan untuk membagi butir ke dalam berbagai domain. Sebaliknya, Butir akan berisi hanya satu domain. Butir inidisebut sebagai single-domain (SD) Butir, dan sifat magnetik dari SD butir secara dramatis berbed dari orang-orang dari MD butir. Diameter butir di bawah ini yang partikel domain tunggal adalah satu-domain ukuran butir ambang (D0). Ukuran ini tergantung pada faktor-faktor termasuk bentuk Butir dan magnetisasi saturasi, js. Bahan Feromagnetik dengan js rendah memiliki sedikit dorongan untuk membentuk domain magnetik karena energi magnetostatic rendah. Dengan demikian, hematit (dengan js= 2 G) SD sampai dengan diameter butir (d0) = 15 m, sehingga sebagian besar hematitditemui dalam batuan adalah domain tunggal. Namun, magnetit memiliki js lebih tinggi dan hanya halus Magmanetite adalah SD. Nilai teoritis untuk d0 di parallelepiped berbentuk partikel magnetit ditunjukkan pada Gambar 3.2.

3

Gambar 3.2 Ukuran dan bentuk rentang tunggal domain, superparamagnetic, dan konfigurasi dua domain untuk parallelepipeds magnetit pada 290 K. Panjang partikel ditunjukkan dalam angstrom () meninggalkan mengkoordinasikan dan dalam mikron m) pada ordinat yang tepat; Bentuk ini ditunjukkan dengan rasio lebar untuk panjang; butir kubik berada di sisi kanan dari diagram; semakin memanjang butiryang ke kiri; kurva berlabel d0 memisahkan ukuran single-domain dan lapangan bentuk dari ukuran dan distribusi bentuk butiryang mengandung dua domain; kurva berlabel ds adalah ukuran danbentuk distribusi butir yang memiliki t = 4.5 dengan dan t = 100 s. Energi Interaksi Ada energi interaksi, eH, Antara magnetisasi partikel feromagnetik individu, j, dan medan magnet diterapkan, H. Energi ini pada dasarnya merupakan interaksi antara medan magnet dan momen magnetik atom terintegrasi atas volume butir feromagnetik. Energi interaksi menggambarkan bagaimana magnetisasi sebutir feromagnetik dipengaruhi oleh medan magnet eksternal. (Secara rinci, kita harus berurusan dengan torsi balancing pada magnetisasi, j, dari bidang eksternal terhadap energi internal yang menolak rotasi j.

4

Ini adalah kepadatan energi (energi per satuan volume) dan berlaku untuk butir SD dan MD.Butir tunggal-domain memiliki magnetisasi seragam dengan j = js. Jadi penerapan medan magnet tidak bisa mengubah intensitas magnetisasi tetapi dapat memutar j s. Namun, ada resis-tances untuk rotasi js. Resistensi ini disebut sebagai anisotropi dan menyebabkan penuh semangat disukai arah untuk js dalam butir individu SD. Bidang demagnetisasi internal

Gambar 3.3 (a) Permukaan distribusi muatan magnet yang dihasilkan dari magnetisasi seragam dari bolabutir feromagnetik. Panah menunjukkan arah magnetisasi saturasi js ; ditambah dan dikurangi tanda menunjukkan biaya permukaan magnetik. (B) bidang demagnetizing internal, H D , Sehingga dari muatan magnetik permukaan bola seragam magnet. HD seragam dalam biji-bijian. (C) Permukaan biaya magnet yang dihasilkan oleh magnetisasi dari SD Butir sepanjang panjangsumbu Butir. Panah menunjukkan arah magnetisasi saturasi js ; plus dan minus menunjukkan biaya permukaan magnetik; dicatat bahwa biaya magnetik dibatasi sampai ke ujung Butir. (D) Permukaan biaya magnet yang dihasilkan oleh magnetisasi dari SD butir tegak lurus dengan sumbu panjang Butir. Panah menunjukkan arah magnetisasi saturasi js; plus dan tanda-tanda dikurangi menunjukkan biaya permukaan magnetik; dicatat bahwa biaya magnetik muncul di atas Seluruh permukaan atas dan bawah dari Butir.

5

NDX adalah faktor demagtisasi internal sepanjang arah x dan seterusnya.

Bentuk Anisotropi Perbedaan dalam magnetostatik dapat dihitung dengan persamaan ;

Dimana ND adalah perbedaan demagnitisasi antara sumbu positif dan negatif. Perbedaa interaksi energi adalah sebagai berikut ;

Medan magnet yang diperlukan didapat melalui persmaaan ;

The medan magnet h c diperlukan untuk memaksa j s atas penghalang energi dari sebuah SD butir individu mikro yang kekuatan koersif scopic. Kekuatan koersif mikroskopis ini adalah ukuran penghalang energi untuk rotasi js di sebutir SD dan akan digunakan secara ekstensif dalam model untuk akuisisi kemagnetan remanen. Anisotropy Magnetocrystalline Untuk partikel equant SD (tidak ada bentuk anisotropi) atau partikel SD bahan feromagnetik dengan js rendah. anisotropy magnetocrystalline mendominasi kekuatan koersif mikroskopis. arah Magnetocrystalline yang mudah termagnetisasi adalah arah kristalografi sepanjang mana energi magnetocrystalline diminimalkan. Contoh dari magnetisasi sepanjang arah kristalografi yang berbeda dalam kristal tunggal magnetit adalah ditunjukkan pada Gambar 3.4. Magnetisasi lebih mudah dicapai sepanjang [111] magnetocrystalline arah yang mudah. Asal usul magnetocrystalline anisotropi adalah ketergantungan energi pertukaran pada arah grafis magnetisasi

6

Magnetisasi dari kristal tunggal magnetit sebagai fungsi magnetizing . Kurva magnetisasi diberi label menunjukkan arah kristalografi bidang magnetizing; [111] adalah magnetocrystalline arah mudah; [100] adalah yang magnetocrystalline arahkeras. Digambar ulang setelah Nagata (Batu Magnetism, Maruzen Ltd, Tokyo, 350 pp, 1961).

dimana K adalah konstanta magnetocrystalline dan adalah sudut antara j s

Anisotropy Magnetocrystalline adalah sumber dominan kekuatan koersif mikroskopis di hematit karena K besar dan j s kecil Hysteresis dalam butir tunggal-domain Pertimbangkan contoh sintetis terdiri dari 5% volume partikel terdispersi magnetit dalam diamagnetik matriks. Butir magnetit semua memanjang butir tunggal-domain, dan arah dari sumbu panjang butir secara acak didistribusikan

7

(a) loop histeresis sampel sintetis yang mengandung 5% volume tersebar memanjang SD partikel magnetit. Saturasi magnetisasi sampel adalah Js ; yang magnetiza- remanen tion sampel adalah Jr ; kekuatan koersif massal adalah Hc ; poin berlabel disebut dalam teks dan diilustrasikan di bawah ini. (B) Magnetisasi arah dalam SD butir pada titik 1 pada hysteresis loop. Oval dibintiki adalah representasi skematik memanjang butir SD magnetit; panah menunjukkan arah js untuk setiap SD butir, H adalah bidang magnetizing; dicatat bahwa js dari setiap butir berputar arah H. (C) arah magnetisasi dalam SD butir pada titik 2 pada hysteresis loop. Sampel di magnetisasi saturasi Js; dicatat bahwa js dari setiap butir sejajar dengan H. (D) Magnetisasi arah dalam SD butir pada titik 3 pada hysteresis loop. Bidang magnetizing telah kembali pindah; magnetisasi sampel magnetisasi remanen J r ; dicatat bahwa js dari setiap butir telah diputar kembali ke sumbu panjang paling dekat dengan medan magnet jenuh, yang diarahkan ke arah kanan. (E) arah magnetisasi dalam SD butir pada titik 4 pada hysteresis loop. Sampel memiliki magnetisasi J = 0; dicatat bahwa js dari setiap butir telah sedikit diputar ke arah magnetizing yang bidang H (sekarang diarahkan ke kiri).

8

Saturasi Magnetiasi dapat dihitung dengan

Jadi magnetisasi saturasi sampel tergantung linier pada konsentrasi mineral feromagnetik Histeresis butir multidomain Penerapan medan magnet untuk sebutir MD menghasilkan pertumbuhan preferensial domain dengan magnetisasi sejajar dengan lapangan. Jika medan listrik cukup kuat, dinding domain dihancurkan, dan magnetisasi mencapai saturasi (j = js). Pada penghapusan bidang magnetizing, domain re-bentuk dan bergerak kembali menuju posisi awal mereka. Namun, karena ketidaksempurnaan kisi dan strain internal energi dinding domain fungsi dari posisi (Gambar 3.6). Daripada kembali ke posisi awal, dinding domain menetap di energi minima dekat posisi awal mereka, dan kecil hasil magnetisasi remanen. Tapi hanya kecil magnetik lapangan diperlukan untuk mendorong dinding domain kembali ke posisi saat nol, sehingga kekuatan koersif MD partikel feromagnetik sederhana.

Domain dinding energi dibandingkan Posisi. Kurva padat skematik mewakili energi dinding domain; panah menunjukkan arah js dalam domain; dinding domain ditunjukkan oleh dibintiki wilayah; posisi dinding domain yang menghasilkan net J = 0 ditunjukkan oleh garis putus-putus. Digambar ulang setelah Stacey dan Banerjee (1974).

9

Butir Pseudo-tunggal-domain Tidak ada batas yang tajam ada antara butir SD besar dan butirmultidomain kecil. Sebaliknya, ada interval ukuran butir menunjukkan menengah Jr/ Js dan menengah hc. Butir ini disebut sebagaipseudo-tunggal-domain (PSD)

butirdan penting dalam memahami kemagnetan batuan yang mengandung

magnetit atau titanomagnetit. The PSD Interval ukuran butir untuk magnetit

adalah sekitar 1-10 m. Padi-padian dalam berbagai ukuran ini berisi

sejumlah kecil domain dan dapat memiliki momen magnetik besar. Mereka

bisa juga menunjukkan koersivitas dan waktu stabilitas yang signifikan dari

magnet remanen. Distribusi ukuran butir banyak beku dan batuan sedimen

puncak dalam bidang magnetit PSD tetapi hanya sebagian kecil dari partikel

dalam bidang sejati SD. Oleh karena itu, butirPSD bisa menjadi pembawa

penting paleomagnetism. Kita akan mempertimbangkan butir PSD di

beberapa titik dalam diskusi kami kemagnetan remanen alami.

Magnetic relaksasi dan superparamagnetis Dalam pembahasan di atas, efek medan magnet pada rotasi js di SD partikel dianggap. Panas aktivasi juga dapat menyebabkan rotasi js lebih hambatan energi. Magnetic relaksasi, di mana remanen magnetisasi satu himpunan SD butir meluruh dengan waktu, adalah efek yang paling sederhana dari thermal aktivasi.

Jr= Magnetisasi remanen awal t = waktu (s) = karakteristik waktu relaksasi (s), setelah itu J

C = Faktor frekuensi 108 s-1 v = volume SD butir hc= Kekuatan koersif mikroskopis SD butir js= Saturasi magnetisasi dari bahan feromagnetik kT = energi panas

10

Suhu Blokir

Remanen ALAMI Magnit (NRM) In situ magnetisasi batuan adalah jumlah vektor dari dua komponen:

dimana J adalah diinduksi magnetisasi dan Jr adalah magnet remanen alami. Kerentanan massal, Suseptibilitas Bulk, adalah kerentanan bersih hasil kontribusi dari semua mineral tetapi biasanya didominasi oleh feromagnetik mineral. Kehadiran bidang geomagnetik lokal, H , menghasilkan magnetisasi induksi:

Magnetisasi induksi ini biasanya sejajar dengan medan geomagnetik lokal dan dapat menjadi-komponen yang dominan untuk berbagai jenis batuan. Namun, akuisisi diinduksi magnetisasi adalah proses reversibel tanpa memori medan magnet masa lalu. Ini adalah magnetisasi remanen yang menjadi perhatian dalam paleomagnetism. Magnetisasi remanen Alam (NRM) adalah remanen magnetisasi hadir dalam sampel batuan sebelum proses di laboratorium. NRM tergantung pada medan magnetik bumi dan proses geologi selama formasi batuan dan selama sejarah batu. NRM biasanya terdiri dari lebih dari satu komponen. NRM Komponen yang diperoleh selama formasi batuan disebut NRM primer dan merupakan komponen dicari di kebanyakan investigasi paleomagnetic. Namun, komponen NRM sekunder dapat diperoleh setelah batu pembentukan dan dapat mengubah atau tidak jelas NRM utama. Komponen sekunder NRM menambahkan vectorially untuk komponen utama untuk menghasilkan total NRM:

Tiga bentuk dasar NRM primer (1) thermoremanent magnetisasi, yang diperoleh selama pendinginan dari suhu tinggi; (2) magnetisasi remanen

11

kimia, yang dibentuk oleh pertumbuhan butir feromagnetik di bawah suhu Curie; dan (3) magnetisasi remanen detrital, diperoleh selama akumulasi batuan sedimen yang mengandung mineral feromagnetik detrital. Pada bagian bawah, bentuk-bentuk NRM diperiksa. Tujuannya adalah untuk menjelaskan bagaimana primer NRM dapat merekam bidang ini geomagnetik selama pembentukan batuan dan, di bawah kondisi yang menguntungkan, mempertahankan bahwa rekaman dari waktu ke waktu geologi. NRM sekunder dapat hasil dari perubahan kimia yang mempengaruhi mineral feromagnetik, paparan terdekat sambaran petir, atau paparan jangka panjang untuk bidang geomagnetik setelah formasi batuan. Proses akuisisi sekunder NRM harus diperiksa untuk memahami (1) koeksistensi primer dan kedua NRM di batu yang sama, (2) bagaimana beberapa komponen NRM dapat dikenali, dan (3) bagaimana Prosedur demagnetisasi istimewa dapat menghapus sekunder NRM, yang memungkinkan isolasi NRM primer. Memahami fisika dan kimia akuisisi NRM merupakan prasyarat untuk memahami akurasi NRM primer dan untuk penentuan teknik paleomagnetic THERMOREMANENT Magnetism (TRM) Magnet Thermoremanent (TRM) adalah NRM diproduksi oleh pendinginan dari atas suhu Curie (Tc) Di hadapan medan magnet. TRM adalah bentuk magnet remanen diakuisisi oleh sebagian besar batuan beku. Dari bagian sebelumnya, dapat dipahami bahwa momen magnetik feromagnetik butirakan stabil untuk waktu peluruhan pada atau di bawah suhu memblokir masing, T B, Yang mana didistribusikan ke bawah dari suhu Curie. Sebagai penurunan suhu melalui T B sebuah-individu individual SD butir, butiryang mengalami peningkatan dramatis dalam waktu relaksasi, , dan perubahan perilaku dari superparamagnetic ke stabil domain tunggal. Ini adalah tindakan dari medan magnet di pemblokiran Suhu yang menghasilkan TRM. Sebuah aspek penting dari TRM adalah bahwa medan magnet kecil (misalnya, bidang geomagnetik permukaan) bisa, di suhu tinggi, memberi bias kecil dalam distribusi momen magnetik dari feromagnetik butir selama pendinginan dan menghasilkan magnetisasi remanen. Pada suhu permukaan, remanens ini bisa stabil dari waktu ke waktu geologi dan tahan terhadap efek dari medan magnet setelah pendinginan asli

12

Model Teoritis

H : Interaksi Energy antara pengaplikasian medan magnet M : Momen Magnetik

Gambar 3.9 Model untuk akuisisi TRM. SD butir feromagnetik memiliki uniaksial anisotropy, sehingga momen magnetik m dari SD butir sejajar atau antiparalel diterapkan medan magnet H ; energi Interaksi E H antara momen elektrik butir SD dan diterapkan medan magnet akan ditampilkan untuk paralel dan negara-negara antiparalel; v adalah SD butir volume; js adalah magnetisasi saturasi bahan feromagnetik.

13

Generalisasi Model Ada beberapa kekurangan dalam model di atas. Asumsi yang paling parah adalah bahwa himpunan Butir SD memiliki anisotropi uniaksial. Asumsi ini memberikan penyederhanaan berguna dalam matematika pengembangan, tapi tentu saja itu tidak realistis. Apa yang kita harapkan untuk menghadapi dalam batu merupakan himpunan butir feromagnetik dengan dasarnya acak (isotropik) distribusi mudah sumbu magnetisasi. Sebuah distribusi acak sumbu mudah dapat ditangani dengan menetapkan menyelaraskan energi untuk biji-bijian tertentu sama dengan

di mana adalah sudut antara sumbu mudah magnetisasi dan H . Integrasi melalui distribusi isotropik biji-bijian menghasilkan ekspresi TRM yang sedikit lebih rumit daripada Persamaan (3.28).

Gambar 3.10 Migrasi penduduk butir SD terhadap peningkatan h c antara ( a ) suhu tinggi dan ( b ) suhu rendah. Garis t = 100 dan t = 10 dengan yang skematis ditunjukkan; Butir SD di wilayah dibintiki gelap ( b ) Pengalaman

14

pemblokiran momen magnetik mereka selama pendinginan dan mengakuisisi TRM

Gambar 3.11 Distribusi memblokir temperatur membangun struktur dalam sampel yang Eosen basal. Garis padat berlabel TRM menunjukkan jumlah TRM tersisa setelah langkah pemanasan semakin tinggi Suhu (75% dari aslinya TRM memiliki suhu memblokir antara 500 t C dan 580 t C); itu dibintiki histogram berlabel PTRM menunjukkan jumlah TRM dalam interval sesuai memblokir suhu (misalnya, 40% dari asli TRM memiliki memblokir sebuah temperatur membangun struktur antara 450 t C dan 510 t C).