Magneto-mineralogical grounds of the earth’s upper mantle magnetization. Overview

Abstract

Мета дослідження. Обґрунтувати, що джерела виявлених нині магнітних аномалій з довжинами хвиль у перші тисячі кілометрів можуть мати магнітно-мінералогічну природу за рахунок існування на мантійних глибинах магнітних мінералів, зокрема магнетиту, гематиту, самородного заліза, а також сплаву заліза та кобальту. Показати також, що зміна магнітних властивостей цих мінералів за рахунок термодинамічного та флюїдного режимів може бути причиною сучасних часових змін довгохвильових магнітних аномалій. Згідно з численними роботами різних авторів трансформації магнітних мінералів відбуваються в особливих тектонічних зонах верхньої мантії Землі, зокрема областях різних типів зчленування літосферних плит, рифтів, плюмів, тектонотермальної активізації тощо. Магнітними можуть бути ділянки верхньої мантії із температурами, нижчими від температури Кюрі магнетиту, наприклад, у зонах субдукції, кратонах та місцях з древньою океанічною літосферою. Окрім магнетиту та самородного заліза, потенційним джерелом магнітних аномалій верхньої мантії можуть бути оксиди заліза, зокрема гематит (α-Fe2O3), який є домінантним оксидом у зонах субдукції на глибинах від 300 до 600 км. Експериментально зарубіжні дослідники довели, що в холодних субдукційних плитах гематит може зберігати свої магнітні властивості до перехідної зони мантії (приблизно 410–600 км). Висновки. Виконаний огляд попередніх досліджень вітчизняних та зарубіжних авторів дав змогу обґрунтувати на магнітно-мінералогічному рівні можливість існування на мантійних глибинах намагнічених порід, зокрема самородного заліза, та можливі їх зміни за рахунок термодинамічних факторів та флюїдного режиму. Експериментально зарубіжні дослідники довели, що у місцях занурення літосферних плит на мантійних глибинах тривалий час може зберігатися їхня намагніченість, а також прогнозовано може спостерігатися підвищення магнітної сприйнятливості за рахунок ефекту Гопкінсона поблизу температури Кюрі магнітних мінералів. Практична значущість. Отримана інформація про те, що мантія до глибин перехідної зони може містити магнітні мінерали та мати залишкову намагніченість, допоможе в інтерпретації як сучасних магнітних аномалій, так і палеомагнітних данихThe purpose of the study. It needs to substantiate that sources of magnetic anomalies with wavelengths of the first thousand kilometers detected at the present time might have a magneto-mineralogical origin due to the existence of magnetic minerals at the mantle depths, in particular magnetite, hematite, native iron, as well as iron alloys. It should be also shown that present temporal changes of long-wave magnetic anomalies should be induced by changes of the magnetic properties of these minerals due to thermodynamic and fluid modes. According to numerous authors, the transformations of magnetic minerals occur in special tectonic zones of the upper mantle of the Earth, in particular at junction zones of lithospheric plates of different types, rifts, plumes, tectonic-thermal activation, etc. Areas of the upper mantle with temperatures below the Curie temperature of magnetite can be magnetic, such as subduction zones, cratons, and regions with the old oceanic lithosphere. Iron oxides might be a potential source of magnetic anomalies of the upper mantle besides magnetite and native iron, in particular hematite (α-Fe2O3), which is the dominant oxide in subduction zones at depths of 300 to 600 km. It was proved experimentally by foreign researchers that in cold subduction slabs, hematite remains its magnetic properties up to the mantle transition zone (approximately 410–600 km). Conclusions. A review of previous studies of native and foreign authors has made it possible to substantiate the possibility of the existence of magnetized rocks at the mantle depths, including native iron at the magneto-mineralogical level, and their possible changes due to thermodynamic factors and fluid regime. It has been experimentally proven by foreign researchers that in subduction zones of the lithospheric slabs their magnetization might be preserved for a long time at the mantle depths, as well as increase of magnetic susceptibility may observed due to the Hopkinson effect near the Curie temperature of magnetic minerals. Practical value. Information about the ability of the mantle to contain magnetic minerals and to have a residual magnetization up to the depths of the transition zone was obtained. It should be used in the interpretation of both modern magnetic anomalies and paleomagnetic data.