Szerzők: Előzmények: OTKA-6875: MÁGNESES FÁZISÁTALAKULÁS A FÖLDKÉREGBEN ÉS GEOFIZIKAI KÖVETKEZMÉNYEI

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Szerzők: Előzmények: OTKA-6875: MÁGNESES FÁZISÁTALAKULÁS A FÖLDKÉREGBEN ÉS GEOFIZIKAI KÖVETKEZMÉNYEI"

Regina Király
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Szerzők: 1. Szarka László, MTA, Geodéziai és Geofizikai Kutató Intézet, Sopron 2. Kiss János, Magyar Állami Eötvös Loránd Geofizikai Intézet, Budapest 3. Prácser Ernő, Magyar Állami Eötvös Loránd Geofizikai Intézet, Budapest 4. Ádám Antal, MTA, Geodéziai és Geofizikai Kutató Intézet, Sopron november 24. OTKA seregszemle Előzmények: Hopkinson J. az Fe vizsgálata során felfedezi a róla elnevezett jelenséget (Hopkinson-csúcs vagy Hopkinson-effektus); Curie P. felfedezi, hogy egy adott hőmérsékleten a ferromágneses anyagok elvesztik mágneses tulajdonságaikat Curie-hőmérséklet (Nobel-díj); Néel L. antiferromágnesség, ferrimágnesség felfedezése Néel-hőmérséklet (Nobel-díj); Dunlop D. J. feltételezi, hogy az értelmezésekhez nagyobb a szuszceptibilitás szükséges, mint a felszínen ismert kőzetek szuszceptibilitása (a Hopkinson-effektus először tűnik fel, mint lehetőség a geofizikában); Wilson K. G. a fázisátalakulással kapcsolatos kritikus jelenségek vizsgálata (Nobel-díj) Rüdt C. Co, Ni mikrorétegeken elvégzett laborvizsgálatok, a Hopkinsoncsúcs kimutatása különböző körülmények között (kísérleti fizika); Kiss et al. a magnetotellurikus anomáliák és a bázisos magmás kőzetek kapcsolatának feltételezése a Hopkinson-csúcs ismételt megjelenése a geofizikában (Geophysical Research Letters, Magyar Geofizika, OTKA); november 24. OTKA seregszemle

2 Ferromágneses anyagok Az elemek közül a Fe (770 C), a Co (1131 C) és a Ni (358 C) ferromágneses, ebből az következik, hogy azok az ásványok ferromágnesesek, amelyek ezekből az elemekből állnak, illetve tartalmazzák ezeket (például az ötvözeteik). ásvány magnetit ulvöspinel hematit képlet Fe 3 O 4 Fe 2 TiO 4 αfe 2 O 3 ásvány maghemit trevorit jakobzit képlet γfe 2 O 3 NiFe 2 O 4 MnFe 2 O 4 ghoetit αfeooh magnezioferrit MgFe 2 O 4 lepidokrokit γfeooh ilmenit FeTiO 3 sziderit FeCO 3 pirrhotin FeS Hol vannak a Co és Ni tartalmú mágneses ásványok, miért csak a vastartalmú ásványok ferromágnesesek? Spontán mágneses momentumok a különböző ferromágneses anyagok esetében Clarke-szám megadhatja a választ: Fe g/t 4,7 % Ni 80 g/t 0,015 % Co 30 g/t 0,0037 % november 24. OTKA seregszemle Hopkinson-effektus XIX század Kb. 50-szeres mágneses permeabilitás növekedés a vasnál Az Fe Curie hőmérséklete T c = 770 C, permeabilitása µ = 200 r november 24. OTKA seregszemle

3 Hopkinson-effektus XX. század Ferromágneses ásványok Curie-hőmérséklete és a geotermikus gradiens A szuszceptibilitás-változás hőmérsékletfüggése változó mágneses tér esetén a vasnál (Логачев és Захаров 1979) (a mágneses térerő Oersted-ben, szuszceptibilitás CGS-ben) november 24. OTKA seregszemle Mágneses fázisátalakulás Mágneses fázisátalakulás a Curie-hőmérséklet alatt M mágnesezettség C fajhő χ mágneses szuszceptibilitás Mágneses fázisátalakulás átmenet az egyik termodinamikai állapotból a másikba, átmenet az anyagok ferromágneses és paramágneses fázisa között. A mágneses fázisátalakulás egy folyamatos másodrendű fázisátalakulás, aminek kritikus pontja a Curie-hőmérséklet. ferromágnesség T c paramágnesség T A kritikus ponton a remanens mágnesezettség megszűnik, a mágneses permeabilitás és a fajhő rendkívüli mértékben megnő november 24. OTKA seregszemle

4 Labormérések I. Rüdt és kollégái megállapították, hogy a Curie-hőmérséklet kiméréséhez nagyon lassú 5 mk/s hőmérsékleti letapogatás szükséges szép Hopkinson-csúcsokat kaptak! Ásványokon végzett mérések során a ritka mintavételezés miatt esetleg nem is jelentkezik a Hopkinson-csúcs! november 24. OTKA seregszemle Hopkinson-effektus okozta szuszceptibilitás változás a földkéregben? Sajnos csak feltételezéseink vannak, és sokáig csak azok lesznek, mert kicsi az esély, hogy ebben a mélységtartományban in situ méréseket végezzünk. A szupermély fúrások csak a Pannonmedence geotermikus gradiense mellett érnék el a magnetitnek megfelelő Curie-mélységet! Év Név, hely Cél Elért mélység 1974 Berta Rogers (USA) gázkutatás 9583 m 1983 Zistersdorf ÜT-2 (Ausztria) gázkutatás 8553 m 1985 Kola félsziget SG-3 (Szovjetunió) tudományos kutatás m 1985 Mirow (Németország) tudományos kutatás 8008 m KTB Oberpflaz VB (Németország) tudományos kutatás 8000 (10000) m november 24. OTKA seregszemle

A fajhő (geotermikus kályha) Mágneses fázisátalakulás a Curie-hőmérséklet alatt M mágnesezettség C fajhő χ mágneses szuszceptibilitás A magas fajhő annyit jelent, hogy az anyag nagy hőmennyiség

5 A fajhő (geotermikus kályha) Mágneses fázisátalakulás a Curie-hőmérséklet alatt M mágnesezettség C fajhő χ mágneses szuszceptibilitás A magas fajhő annyit jelent, hogy az anyag nagy hőmennyiség befogadására képes anélkül, hogy a saját hőmérséklete ugyanolyan mértékben követné a változást. A laboratóriumban az anyag magas fajhője felfűtést fogja lelassítani, több idő kell, hogy a megfelelő hőmérsékletre felmelegedjen! Másodlagos hatás, hogy egyfajta hőtároló alakulhat ki, mivel a ferromágneses anyag a növekvő külső hőmérsékletet lassan követi, miközben rengeteg hőt nyel el. Vajon mi történik az összegyűjtött hővel akkor, ha elkezd lassan csökkenni a külső hőmérséklet (pl. emelkedik a terület)? Geotermikus kályha a mágneses fázisátalakulás? november 24. OTKA seregszemle CONRAD-határfelület A Curie-mélység a gránit és a gabbró bazalt öv határának mélysége nem zárható ki a kapcsolat a Conrad-féle másodrangú határfelülettel. Ahol a gabbró bazalt öv bázisos anyaga a geotermikus adottságok következtében a Curie-hőmérséklet tartományába kerül, megnövekedett mágneses anomáliát okozhat. További ismeretek szükségesek a Conradféle határfelületnek és a Curie-mélység kapcsolatának tisztázásához, mivel a kritikus hőmérsékleten jelentős (kőzettani) változások tételezhetők fel. Curie-mélység november 24. OTKA seregszemle

A Curie-hőmérséklet mélysége Mágneses anomáliák alapján Magyarországra a spektrális mélység-becsléssel meghatározott Curie-mélysége 18 km.a mágneses anomália térkép alapján 2010. november 24.

6 A Curie-hőmérséklet mélysége Mágneses anomáliák alapján Magyarországra a spektrális mélység-becsléssel meghatározott Curie-mélysége 18 km.a mágneses anomália térkép alapján november 24. OTKA seregszemle Magnetotellurika I. Magnetotellurikus mérések: H x, H y, H z, E x és E y komponensek mérése Naptevékenység hatása A magnetotellurikus mérések feldolgozása során feltételezzük, hogy a µ r = 1. ami általában és a felszínen igaz is. Hz (kivételt jelentenek azok a felszíni ásványok, és kőzetek, amelyek sok ferromágneses anyagot tartalmaznak valamint a mágneses fázisátalakulás állapota, a nagyobb mélységekben ) november 24. OTKA seregszemle

7 2 Z xy ρa = ωµ µ o a Magnetotellurika II. Homogén féltér képletek: k hullámszám σ elektromos vezetőképesség µ mágneses permeabilitás d s skin mélység v hullámterjedés sebessége Z xy impedancia Látszólagos ellenállás és permeabilitás: A magnetotellurikus direkt és inverz feladat alapvető hiányosságként jelentkezik, hogy a képletek nem teljesen általános formában vannak felírva, mert a relatív mágneses permeabilitás értéke egyszerűsítés miatt kiesik a képletekből. Ez sokáig indokoltnak tűnt. Az olyan esetben, mint pl. a mágneses fázisátalakulás, ennek az egyszerűsítésnek nincs helye. Az alapképleteket sokkal általánosabb formában kell leírni ahhoz, hogy a mágneses permeabilitás hatását meg lehessen ítélni, ez viszont felvet néhány problémát! 1) A különböző paramétereken másképpen jelentkezik a mágneses permeabilitás hatása! 2) Az elektromos vezetőképesség és a mágneses permeabilitás nem választható szét egymástól! november 24. OTKA seregszemle Magnetotellurika III. Az egydimenziós magnetotellurikus modellezésekkel a hagyományos inverziós képletek alkalmazásával a rétegzett féltér esetén a mágneses permeabilitás hatását vizsgáltuk. Az elektromos paraméterei alapján homogén féltérbe egy vékony mágneses réteget helyeztünk el. Hagyományos feldolgozással a 100-szoros mágneses permeabilitás növekedés hatására az eredeti vastagság 100-szorosával rendelkező és az eredeti ellenállás 100-szorosára megnövekedett szondázási görbét (modellt) kaptunk vissza. Konklúzió: A mágneses permeabilitás hatása drasztikusan jelentkezik és egydimenziós esetben ellenállás növekedést okoz! november 24. OTKA seregszemle

8 Magnetotellurika IV. A magnetotellurikus E, H térkomponensek az impedancia és a hullámsebesség paramétereit is megadják. A direkt feladat megoldásakor felhasználhatjuk ezt az összefüggést. Kétréteges modell sebesség és impedancia görbéi különböző frekvenciákon a mélység függvényében ábrázolva azonos lefutású görbéket adnak! Rétegparaméterek: ρ 1 = 1 Ωm ρ 2 = 100 Ωm µ 1 = 1 µ 2 = 1 = 1000 m november 24. OTKA seregszemle d 1 Magnetotellurika V. A magnetotellurikus E, H térkomponensek az impedancia és a hullámsebesség paramétereit is megadják. A direkt feladat megoldásakor felhasználhatjuk ezt az összefüggést. Kétréteges modell sebesség és impedancia görbéi különböző frekvenciákon a mélység függvényében ábrázolva eltérő lefutású görbéket adnak! Rétegparaméterek: ρ 1 = 100 Ωm ρ 2 = 100 Ωm µ 1 = 1 µ 2 = 100 = 1000 m november 24. OTKA seregszemle d 1 8

Hasonló dokumentumok

GRAVITÁCIÓS ÉS MÁGNESES FELDOLGOZÁSOK ÉS MODELLEZÉSEK A FÖLDTANI KÖRNYEZET MEGISMERÉSE CÉLJÁBÓL

NYUGAT-MAGYARORSZÁGI EGYETEM KITAIBEL PÁL KÖRNYEZETTUDOMÁNYI DOKTORI ISKOLA GEOKÖRNYEZETTUDOMÁNYI PROGRAM GRAVITÁCIÓS ÉS MÁGNESES FELDOLGOZÁSOK ÉS MODELLEZÉSEK A FÖLDTANI KÖRNYEZET MEGISMERÉSE CÉLJÁBÓL