Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
затем приложить возрастающее поле в направлении, противоположном первоначальному, то при достаточно большом поле будет достигнуто насыщение намагниченности, направленной теперь в соответствии с новым направлением поля. Получающуюся в результате зависимость намагниченности от поля и называют петлей гистерезиса.
Петли гистерезиса бывают самыми разнообразными по форме. Одним из факторов, влияющих на форму петли, является размер частиц образца, причем увеличение их размера приводит, как правило, к тому, что материал становится более мягким, т. е. уменьшается поле, необходимое для его перемагничивания (рис. 4.22. и 4.23). Объясняется это тем, что основным процессом при намагничивании очень мелких однодоменных частиц является поворот магнитного момента частицы в сторону поля (рис. 4.24, А), в то время как намагничивание крупных частиц осуществляется путем смещения доменных стенок, происходящего при меньших полях, чем поворот моментов (рис. 4.24, Б). Частицы среднего размера обычно бывают разделены на области-домены с разным направлением намагниченности, что уменьшает энергию магнитного поля, создаваемого магнитным моментом частицы.
Итак, петля гистерезиса позволяет выделить три характерных состояния. Первое - состояние насыщения, когда все магнитные моменты направлены вдоль внешнего поля. Второе-состояние с остаточной намагниченностью в нулевом поле, которое «помнит» направление достигнутой перед этим намагниченности насыщения. И третье-размагниченное состояние в поле коэрцитивности, т. е. в поле, направленном навстречу намагниченности и сводящем ее к нулю. Обычно указанное поле называют коэрцитивной силой. Для однодоменных частиц намаг-
Рис. 4.23. Типичная петля гистерезиса для много доменного образца.
Н, < Н2 < Hj
Рис 4 24 Процессы намагничивания. А. Поворот магнитного момента в однодоменных частицах. Б. Перемещение доменных стенок в многодоменных частицах.
М Ю 5. Гс-см3
Рис. 4.25. Зависимость магнитного момента препарата твердой мозговой оболочки кита от магнитного поля при ступенчатом намагничивании и размагничивании (см. текст).
ниченность насыщения не сильно превышает остаточную намагниченность, а коэрцитивная сила довольно высока - порядка 104-105 А/м. В многодоменных образцах, где намагниченность изменяется из-за смещения доменных границ, коэрцитивная сила значительно меньше, а остаточная намагниченность может составлять малую долю намагниченности насыщения.
Таким образом, размеры частиц в образце можно оценить, исследуя магнитные характеристики, резко различающиеся в одно- и многодоменном состояниях (см., например, Day et al., 1967а). Подобными характеристиками могут служить отношение остаточной намагниченности к намагниченности насыщения и коэрцитивная сила. На рис. 4.25 представлены зависимости магнитного момента препарата твердой мозговой оболочки кита от приложенного поля. Это - магнитно-твердый материал: чтобы достичь намагниченности, равной половине намагниченности насыщения, необходимо приложить поле ~ 500 Э, а для получения насыщения необходимо поле 2 кЭ. Коэрцитивная сила равна примерно 300 Э. Данные, подобные изображенным на рис. 4.25, сравнительно легко получить с помощью криогенного магнитометра, поскольку при этом измеряется только остаточная намагниченность. Намагничивать образцы можно в отдельном соленоиде или электромагните.
Еще одним методом определения магнитной твердости материалов служит размагничивание в переменном поле звуковой частоты (см., например, Collinson et al., 1967). Соответствующее оборудование обычно имеется в лабораториях, где занимаются палеомагнитными исследованиями.
Совместное использование опытов по намагничиванию в постоянном поле и размагничиванию в переменном позволяет исследовать взаимодействия между магнитными частицами (Cisowski, 1981). Сравнение соответствующих зависимостей (рис. 4.26) показывает, что в отсутствие взаимодействия кривые симметричны (рис. 4.26, А), а в тех случаях, когда частицы взаимодействуют (рис. 4.26,5), симметрия нарушается. Последние данные (рис. 4.26, Б) получены на образцах зубцов хитона, в которых, как известно, частицы магнетита упакованы достаточно плотно, и поэтому взаимодействие между ними должно быть сравнительно сильным (Lowenstam, 1962). Кривые, соответствующие упомянутым процессам намагничивания и размагничивания, пересекаются в точке, отвечающей так называемому полю остаточной коэрцитивности. Рассматриваемый метод позволяет также отличать образцы, состоящие из многодоменных частиц, от образцов из взаимодействующих однодоменных частиц. На рис. 4.26, В приведены кривые для породы, содержащей многодоменные частицы магнетита. Видно, что многодоменные частицы легче намагничиваются в малых полях и раньше достигают насыщения.
Магнитная гранулометрия находит применение и в лимнологии для выяснения природы намагниченности донных отложений в озерах. Возможно, часть магнетита этих отложений имеет биологическое происхож-
Крупнозернистый базальт
Рис. 4.26. Кривые намагничивания в постоянных полях (крестики) и размагничивания (точки) в полях звуковых частот (см. текст) для образцов с различными магнитными включениями (Cisowski, 1981). А. Слабо взаимодействующие однодоменные частицы. Б. Сильно взаимодействующие однодоменные частицы. В. Многодоменные частицы. По оси ординат отложена нормированная остаточная намагниченность, по оси абсцисс магнитное поле.