Determination of Paleointensity of Geomagnetic Field on the Red Sea Basalts by the Thellier-Coe Method when Heating in Argon and Air

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paleointensity of geomagnetic field was determined by the natural residual magnetization of Holocene basalts from the Red Sea rift zone using the Thellier method in the Coe modification when heating in air and argon. It was shown that when basalts are heated in air, mineralogical changes occur in titanomagnetite, the carrier of residual magnetization, at temperatures that are 50–100°Clower than the maximum blocking temperature, which complicates the determination of paleointensity. It has been established that carrying out the ThellierCoe procedure in argon allows avoiding the oxidation of titanomagnetite and thus significantly improving the quality of paleointensity determination. When heating in air, only 50–60% of the natural residual magnetization can be used to calculate paleointensity, while when heating in an argon environment, upto 87% can be used, with the quality factor being 1.5–3 times higher. The calculated value of paleointensity determined by heating in argon is 10–20% lower than by heating in air. The paleointensity of 62±1 μTobtained for the Red Sea basalts turned out to be approximately 1.7 times higher than the modern field in this region according to the IGRF13 model. The high value of paleointensity allows usto attribute the formation period of the studied basalts to the time of the Levantine Iron Age Anomaly of 1.5–0.5 thousand years BC.

About the authors

V. I. Maksimochkin

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: maxvi@physics.msu.ru
Moscow

A. N. Tselebrovskiy

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: maxvi@physics.msu.ru
Moscow

R. A. Grachev

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: maxvi@physics.msu.ru
Moscow

References

  1. Белов К.П. Ферромагнетики и антиферромагнетики вблизи точки Кюри // Успехи физических наук. 1958. Т. 65. С. 207–231.
  2. Богданов Ю.А., Жулева Е.В., Зоненшайн Л.П., Матвеенков В.В., Мирлин Е.Г., Сагилевич А.М., Сборщиков И.М. Атлас подводных фотографий Красноморского рифта. М.: Наука. 1983.
  3. Большаков А.С., Щербакова В.В. Термомагнитный критерий определения доменной структуры ферромагнетиков // Изв. аН СССР. Сер. Физика Земли. 1979. № 2. 38–47.
  4. Грибов С.К., Щербаков В.П., Цельмович В.А., Афиногенова Н.А. Свойства термохимической остаточной намагниченности, образованной при медленном лабораторном охлаждении титаномагнетитсодержащих базальтовых образцов от различных температур, и результаты применения к ней методики Телье // Физика Земли. 2021. № 6. 107–121. https://doi.org/10.31857/S0002333721060016
  5. Максимочкин В.И. Свойства термоостаточной намагниченности, сформированной при повышенном давлении на базальте Красного моря // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. астрономия. 2022. № 6. 74–81.
  6. Максимочкин В.И., Грачев Р.А. Стабильность титаномагнетита базальта Красного моря при нагревах в воздухе и в аргоне // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. астрономия. 2019. № 6. 114–121.
  7. Максимочкин В.И., Грачев Р.А., Целебровский А.Н. Определение поля формирования искусственной CRM и pTRM методом Телье на различных стадиях окисления природного титаномагнетита // Физика Земли. 2020. № 3. 134–146. https://doi.org/10.31857/s0002333720030047
  8. Максимочкин В.И., Целебровский А.Н. Палеонапряженность геомагнитного поля по базальтам Красного моря. Определение палеонапряженности геомагнитного поля // Палеомагнетизм и магнетизм горных пород. Материалы XXV Юбилейной Всероссийской школы-семинара по проблемам палеомагнетизма и магнетизма горных пород. Ярославль: Филигрань. 2019. С. 156–163.
  9. Максимочкин В.И., Целебровский А.Н. Влияние химической намагниченности океанических базальтов на определение палеонапряженности геомагнитного поля методом Телье // Вестник Московского университета. 2015. № 6. С. 136–143.
  10. Трухин В.И., Максимочкин В.И., Жиляева В.А., Шрейдер А.А., Кашинцев Т.Л. Магнитные и петрохимические свойства пород рифтовой зоны Красного моря // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. астрономия. 2007. № 5. 27–35.
  11. Целебровский А.Н., Максимочкин В.И., Татаринцев А.А., Алехина Ю.А., Грачев Р.А. Свойства титаномагнетита пиллоу-базальта Красного моря на различном расстоянии от закаленной корки // Физика Земли. 2023. № 1. С. 81–94. https://doi.org/10.1134/S1069351323010081
  12. Шрейдер А.А., Трухин В.И., Сычев В.А., Римский-Корсаков Н.А. Детальные геомагнитные исследования рифтовой зоны на юге Красного моря // Океанология. 1982. Т. 22. № 3. С. 439–445.
  13. Щербаков В.П., Щербакова В.В., Виноградов Ю.К. О термомагнитном критерии идентификации доменной структуры // Физика Земли. 2001. № 3. С. 58–62.
  14. Alken P., Thébault E., Beggan C.D., et al. International Geomagnetic Reference Field: the thirteenth generation // Earth, Planets and Space. 2021. V. 73. https://doi.org/10.1186/s40623-020-01288-x
  15. Biggin A.J., Perrin M., Dekkers M.J. A reliable absolute palaeointensity determination obtained from a non-ideal recorder // Earth Planet Sci Lett. 2007. V. 257. P. 545–563. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2007.03.017
  16. Bleil U., Petersen N. Variations in magnetization intensity and low-temperature titanomagnetite oxidation of ocean floor basalts // Nature. 1983. V. 301. P. 384–388. https://doi.org/10.1038/301384a0
  17. Carlut J., Quidelleur X. Absolute paleointensities recorded during the Brunhes chron at La Guadeloupe Island // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2000. V. 120. P. 255–269. https://doi.org/10.1016/S0031-9201(99)00170-3
  18. Coe R.S. Paleo-intensities of the Earth′s magnetic field determined from Tertiary and Quaternary rocks // J. Geophys. Res. 1967. V. 72. P. 3247–3262. https://doi.org/10.1029/jz072i012p03247
  19. Coe R.S., Gromme S., Mankien E.A. Geomagnetic Paleointensities From Radiocarbon-Dated Lava Flows on Hawaii and the Question of the Pacific Nondipole Low // J. Geophys. Res. 1978. V. 83. P. 1740–1756. https://doi.org/10.1029/JB083iB04p01740
  20. Day R., Fuller M., Schmidt V.A. Hysteresis properties of titanomagnetites: Grain-size and compositional dependence // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1977. V. 13. P. 260–267. https://doi.org/10.1016/0031-9201(77)90108-X
  21. Dunlop D.J. Theory and application of the Day plot (MRS/Ms versus Hcr/Hc): 1. Theoretical curves and tests using titanomagnetite data // J. Geophys. Res. 2002. V. 107. EPM 4–1 — EPM 4–22. https://doi.org/10.1029/2001jb000486
  22. Fabian K., Shcherbakov V.P. The magnetization of the ocean floor: Stress and fracturing of titanomagnetite particles by low-temperature oxidation // Geophys. J. Int. 2021. V. 221. P. 2104–2112. https://doi.org/10.1093/GJI/GGAA142
  23. Garming J.F.L., Von Dobeneck T., Franke C., Bleil U. Low-temperature partial magnetic self-reversal in marine sediments by magnetostatic interaction of titanomagnetite and titanohematite intergrowths // Geophys. J. Int. 2007. V. 170. P. 1067–1075. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2007.03504.x
  24. Gradstein F.M., Ogg J.G., Schmitz M.D., Ogg G.M. The Geologic Time Scale 2012. 2012.
  25. Khodair A.A., Coe R.S. Determination of Geomagnetic Palaeointensities in Vacuum. Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society. 1975. V. 42. P. 107–115. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1975.tb05853.x
  26. Kissel C., Laj C. Improvements in procedure and paleointensity selection criteria (PICRIT-03) for Thellier and Thellier determinations: Application to Hawaiian basaltic long cores // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2004. V. 147. P. 155–169. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2004.06.010
  27. Koenigsberger J.G. Natural residual magnetism of eruptive rocks (part 1) // Terrestrial Magnetism and Atmospheric Electricity. 1938. V. 43. P. 119–130.
  28. Kosterov A., Surovitskii L., Maksimochkin V., Yanson S., Smirnov A. Tracing titanomagnetite alteration with magnetic measurements at cryogenic temperatures // Geophys. J. Int. 2023. V. 235. P. 2268–2284. https://doi.org/10.1093/gji/ggad360
  29. Leonhardt R., Hufenbecher F., Heider F., Soffel H.C. High absolute paleointensity during a mid Miocene excursion of the Earth′s magnetic field // Earth Planet Sci. Lett. 2000. V. 184. P. 141–154. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(00)00311-3
  30. Leonhardt R., Soffel H.C. A reversal of the Earth′s magnetic field recorded in mid-Miocene lava flows of Gran Canaria: Paleointensities // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2002. V. 107. EPM 5–1 — EPM 5–11. https://doi.org/10.1029/2001jb000949
  31. Nagata T., Arai Y., Momose K. Secular variation of the geomagnetic total force during the last 5000 years // J. Geophys. Res. 1963. V. 68. P. 5277–5281. https://doi.org/10.1029/jz068i018p05277
  32. Nishitani T., Kono M. Curie temperature and lattice constant of oxidized titanomagnetite // Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society. 1983. V. 74. P. 585–600. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1983.tb01890.x
  33. Perrin M. Paleointensity determination, magnetic domain structure, and selection criteria // J. Geophys. Res. Solid Earth. 1998. V. 103. P. 30591–30600. https://doi.org/10.1029/98JB01466
  34. Prevot M., Mankinen E.A., Coe R.S., Gromme C.S. The Steens Mountain (Oregon) geomagnetic polarity transition: 2. Field intensity variations and discussion of reversal models // J. Geophys. Res. Solid Earth. 1985. V. 90. P. 10417–10448. https://doi.org/10.1029/JB090IB12P10417
  35. Selkin P.A., Tauxe L. Long-term variations in palaeointensity // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2000. V. 358. P. 1065–1088. https://doi.org/10.1098/rsta.2000.0574
  36. Shaar R., Gallet Y., Vaknin Y., Gonen L., Martin M.A.S., Adams M.J., Finkelstein I. Archaeomagnetism in the Levant and Mesopotamia Reveals the Largest Changes in the Geomagnetic Field // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2022. V. 127. P. 1–16. https://doi.org/10.1029/2022JB024962
  37. Shaar R., Tauxe L. Thellier GUI: An integrated tool for analyzing paleointensity data from Thellier-type experiments // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2013. V. 14. P. 677–692. https://doi.org/10.1002/ggge.20062
  38. Shcherbakov V.P., Gribov S.K., Lhuillier F., Aphinogenova N.A., Tsel′movich V.A. On the Reliability of Absolute Palaeointensity Determinations on Vasaltic Rocks Bearing a Thermochemical Remanence // J. Geophys. Res. Solid Earth 2019. V. 124. P. 7616–7632. https://doi.org/10.1029/2019JB017873
  39. Shcherbakova V. V., Bakhmutov V.G., Thallner D., Shcherbakov V.P., Zhidkov G. V., Biggin A.J. Ultra-low palaeointensities from East European Craton, Ukraine support a globally anomalous palaeomagnetic field in the Ediacaran // Geophys. J. Int. 2020. V. 220. P. 1928–1946. https://doi.org/10.1093/gji/ggz566
  40. Shcherbakova V. V., Shcherbakov V.P., Heider F. Properties of partial thermoremanent magnetization in pseudosingle domain and multidomain magnetite grains // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2000. V. 105. P. 767–781. https://doi.org/10.1029/1999jb900235
  41. Thellier É. Sur la thermorémanence et la théorie du métamagnétisme // Comptes Rendus de l′Académie des Sciences. 1946. V. 223. P. 319–321.
  42. Thellier É. Sur les propriétés de l′aimantation thermorémanente des terres cuites // Comptes rendus de l′Académie des Sciences Paris. 1941. V. 213. P. 1019–1022.
  43. Thellier É. Sur l′animation des terres cuites et ses applications geophysiques // Ann. Inst. Phys. Globe, Univ. Paris. 1938. V. 16. P. 157–302.
  44. Thellier É., Thellier O. Sur l′intensité du champ magnétique terrestre dans le passé historique et géologique // Annales de Géophysique. 1959. V. 15. P. 285–376.
  45. Xu W., Donald R. Peacor, Wayne A. Dollase, Rob Van der Voo, Beaubouef R.T. Transformation of titanomagnetite to titanomaghemite; a slow, two-step, oxidation-ordering process in MORB // American Mineralogist. 1997. V. 82. P. 1101–1110. https://doi.org/10.2138/am-1997-11-1207

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).