LUẬN văn sư PHẠM vật lý tìm HIỂU về từ TRƯỜNG TRÁI đất

1.2 Biểu diển giải tích trường địa từ Cho đến nay, các kết quả đo đạc và quan trắc địa từ đã cho phép khẳng định trường địa từ đo được trên mặt đất là tổ hợp của phần trường chính của T

Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

Dương Quốc Chánh Tín Trần Minh Cảnh

Mã số sinh viên: 1090160

Lớp: Sư Phạm Vật Lý- K35

Cần Thơ, 05/ 2013

TÌM HIỂU VỀ TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT

Trước tiên em xin chân thành cảm ơn tất cả quý thầy cô trường Đại Học Cần Thơ, Khoa Sư Phạm và Bộ Môn sư phạm Vật lý là những người đã trang bị cho em rất nhiều kiến thức, kinh nghiệm nghề nghiệp và cuộc sống vô cùng quý báu trong suốt bốn năm học tập và rèn luyện tại trường Đó là hành trang vững chắc không chỉ giúp em hoàn thành đề tài tốt nghiệp mà còn là nền tảng cho sự nghiệp của em trong tương lai

Đặc biệt em cũng xin chân thành biết ơn sâu sắc với thầy Dương Quốc Chánh Tín, thầy đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn Thầy đã nhiệt tình hướng dẫn, góp ý, cung cấp tài liệu, hỗ trợ để em có thể hoàn thành đề tài này

Em cũng xin chân thành cảm ơn thầy Hồ Hữu Hậu và Thầy Phạm Văn Tuấn, là hai giảng viên phản biện đã đóng góp những ý kiến quý báu để đề tài luận văn của em được hoàn chỉnh hơn

Và đồng thời em cũng xin chân thành cảm ơn các anh ,chị, bạn bè sinh viên đã giúp

đỡ và đóng góp ý kiến trong suốt quá trình thực hiện đề tài

GAD Geocentric Axial Dipole

GPS, LORAN, OMEGA Hệ thống đường truyền

IASPEI Hội địa chấn và cấu trúc bên trong Trái đất IGRF International Geomagnetic Reference Field

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

1.1 Lịch sử vấn đề nghiên cứu 1

1.2 Mục đích của đề tài 1

1.3 Phạm vi nghiên cứu 1

2 CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 2

3 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 2

3.1 Phương pháp 2

3.2 Phương tiện 2

4 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 2

PHẦN NỘI DUNG 3

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT 3

1 TRƯỜNG ĐỊA TỪ VÀ CẤU TRÚC BÊN TRONG CỦA TRÁI ĐẤT 4

1.1 Cấu trúc phân lớp của Trái đất 4

1.1.1 Vỏ Trái đất 5

1.1.2 Lớp manti 6

1.1.3 Nhân Trái đất 7

1.2 Biểu diễn giải tích trường địa từ 7

1.3 Biến thiên thế kỷ của trường địa từ 15

1.3.1 Xác định biến thiên thế kỷ dựa trên các quan trắc trực tiếp trường địa từ 17

1.3.2.1 Xác định cường độ của trường địa từ trong quá khứ địa chất 19

1.3.2.2 Xác định biến thiên thế kỷ theo các số liệu cổ từ và khảo cổ từ 20

1.3.3 Biến thiên thế kỷ và cấu trúc bên trong của Trái đất 21

1.4 Sự đảo cực của trường địa từ và cấu trúc bên trong của Trái đất 22

1.4.1 Hiện tượng đảo cực của trường địa từ và cấu trúc bên trong của Trái đất 23

1.4.2 Hiện tượng đảo cực của trường địa từ và thang niên đại địa chất 25

1.5 Trường địa từ và cấu trúc vỏ Trái đất 26

1.5.1 Dị thường từ và cấu trúc vỏ Trái đất 26

1.5.2 Dị thường từ tuyến tính tại vùng sống giữa đại dương và sự tách giản vỏ Trái đất 27

1.5.3 Dịch chuyển lục địa theo kết quả khảo sát cổ từ 28

1.5.4 Dị thường từ và cấu trúc địa chất 31

2 TRƯỜNG ĐỊA TỪ VÀ MÔI TRƯỜNG XUNG QUANH TRÁI ĐẤT 33

2.1 Trường địa từ có nguồn gốc bên ngoài Trái đất 33

2.1.1 Biến thiên ngày đêm từ trường yên tĩnh Sq 33

2.2 Chỉ số tính hoạt động địa từ 35

2.2.1 Chỉ số K 36

2.2.2 Chỉ số Dst 40

2.3 Từ quyển và môi trường xung quanh Trái đất 41

2.4 Dự báo thời tiết vũ trụ 42

2.4.1 Nhu cầu dự báo thời tiết vũ trụ 43

2.4.2 Làm thế nào để dự báo thời tiết vũ trụ ? 44

CHƯƠNG II: MỘT SỐ LÝ THUYẾT GIẢI THÍCH NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT 46

2 MÔ HÌNH ĐĨA ĐINAMÔ FARADAY GIẢI THÍCH NGUỒN GỐC CỦA TỪ TRƯỜNG

TRÁI ĐẤT 49

3 MÔ HÌNH ĐINAMÔ THỦY TỪ 51

CHƯƠNG III: ẢNH CỦA TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT TRONG CUỘC SỐNG VÀ MÔI TRƯỜNG XUNG QUANH 53

1 SINH ĐỊA TỪ 53

1.1 Vi sinh vật từ 53

1.2 Vi sinh vật từ liên quan với môi trường và cổ từ 54

1.3 Giác quan từ 55

2 BẢO TỪ 55

2.1 Ảnh hưởng tới con người 56

2.2 Ảnh hưởng đến mạng thông tin trên Trái đất 59

2.3 Ảnh hưởng tới hệ thống truyền tải điện 60

3 ẢNH HƯỞNG CỦA TỪ TRƯỜNG TRONG NUÔI CẤY MÔ CÂY CHÈ 61

3.1 Ảnh hưởng của cường độ từ trường đến giai đoạn vào mẫu 61

3.2 Ảnh hưởng của cường độ từ trường đến giai đoạn nhân chồi 62

3.3 Ảnh hưởng của cường độ từ trường đến giai đoạn ra rễ 64

PHẦN KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

bị một tấm chắn ngăn lại, đó là từ trường của trái đất Từ trường trái đất là trường vật lý

tự nhiên tồn tại trên trái đất có tác động rõ rệt tới môi trường địa quyển, sinh quyển, khí quyển cũng như các hoạt động sinh lý của con người và sinh vật Vì những tầm quan trọng đó nên từ trường trái đất luôn là vấn đề nghiên cứu của các nhà khoa học nói chung

và của các nhà vật lý học nói riêng, qua khảo sát có rất nhiều tài liệu viết về từ trường trái đất nhưng có rất ít tài liệu tổng hợp chúng một cách có hệ thống vì thế tôi quyết định

chọn đề tài “Tìm Hiểu Về Từ Trường Trái Đất” nhằm tổng hợp những kiến thức cơ

bản về từ trường trái đất nhằm phục vụ lợi ít con người

1.2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu những vấn đề cơ bản về từ trường trái đất dựa trên những quan điểm hiện đại

Nghiên cứu một số lý thuyết giải thích về sự hình thành từ trường Trái đất

Phân tích vai trò của từ trường trái đất cũng như tác động của từ trường trái đất đối với môi trường xung quanh

Tạo tài liệu tham khảo cho giáo viên và sinh viên

1.3 Phạm vi nghiên cứu

Tập chung gồm ba nội dung

Tổng quan về từ trường Trái đất

Lý thuyết giải thích về sự hình thành từ trường Trái đất

Ảnh hưởng của từ trường Trái đất trong cuộc sống và môi trường xung quanh

2 CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI

Từ trường trái đất có nguồn gốc từ đâu ?

Từ trường Trái đất giải thích dựa trên những nguyên lý nào ?

Từ trường trái đất có ảnh hưởng như thế nào trong cuộc sống và môi trường xung quanh ?

3 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

3.1 Phương pháp

Tìm tài liệu

Nghiên cứu,chọn lọc,phân tích thông tin thu nhận

Tham khảo ý kiến thầy cô bạn bè

Tổng hợp tài liệu để hoàn chỉnh nội dung

3.2 Phương tiện

Các loại sách và tài liệu liên quan đến đề tài

Máy vi tính, Internet, máy ảnh

4 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Trao đổi về thầy cô về đề tài nghiên cứu

Nghiên cứu tài liệu liên quan đến đề tài, viết đề cương cho đề tài

Tổng hợp tài liệu viết luận văn

Xin ý kiến người hướng dẫn, chỉnh sửa luận văn

Hoàn thành và báo cáo luận văn

PHẦN NỘI DUNG

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT

Trường địa từ được biết đến rất sớm Hiện nay tại các bảo tàng các sáng chế cổ học của học viện Smith về lịch sử khoa học tại London vẫn còn giử lại chiếc la bàn hình thìa đầu tiên trên thới giới do người Trung Hoa chế ra vào khoảng năm 220 trước Công nguyên Chiếc la bàn hình thìa được làm bằng quặng macnetit luôn chỉ hướng nam quay trên một đĩa bằng đồng gọi là đĩa vũ trụ và được đặt trên chiếc bàn gỗ vuông tượng trưng cho Trái đất

Từ cuối thế kỷ 15, la bàn được sử dụng để định hướng trong tất cả các cuộc hành trình vòng quanh thế giới Tuy nhiên vào lúc đó người ta vẫn tin rằng la bàn luôn luôn chỉ đúng hướng bắc địa lý Sự chênh lệch giữa hướng bắc từ với hướng bắc địa lý - độ từ thiên chỉ được biết đến sau chuyến thám hiểm của Christophe Colomb tìm ra châu Mỹ Nghành khoa học về địa từ chỉ thực sự ra đời từ năm 1600 khi W.Gilbert, nhà vật lý của nữ hoàng Elizabeth I, xuất bản cuốn sách ―trường địa từ‖ Trong cuốn sách này lần đầu tiên W Gilbert chỉ ra rằng về thực chất, Trái đất là một chiếc nam châm khổng lồ Ông đã đưa ra giả thuyết cho rẳng Trái đất là một quả cầu nhiễm từ đồng chất, nguồn gốc

Hình 1.1 Chiếc la bàn hình thìa do người Trung Hoa chế tạo đang được

lưu giữ tại Viện Bảo tàng Smith tại London

momen từ được tập trung ở trong một chiếc nam châm nằm cách tâm Trái đất khoảng 400km thì hướng của trục nhiễm từ của chiếc nam châm này tạo với trục quay của Trái đất một góc ~11.5 độ Trường do nam châm tạo nên gọi là trường lưỡng cực Cực từ của bán cầu bắc nằm cách cực địa lý 1900km Góc chênh lệch giữa kinh tuyến địa lý và kinh tuyến từ do kim la bàn chỉ gọi là góc từ thiên

1 TRƯỜNG ĐỊA TỪ VÀ CẤU TRÚC BÊN TRONG CỦA TRÁI ĐẤT

1.1 Cấu trúc phân lớp của Trái đất

Những hiểu biết về cấu trúc bên trong của Trái đất giảm dần theo chiều sâu vào trong lòng đất Phần vỏ lục địa nông được khảo sát khá nhiều bằng cách sử dụng các phương pháp địa chấn phản xạ có độ phân giải cao trong tìm kiếm dầu khí và khoáng sản Công nghệ được phát triển trong công nghiệp dầu khí này cũng được ứng dụng để khảo sát các đứt gãy sâu trong vỏ Trái đất và xây dựng mô hình tiến hóa của vỏ Trái đất Các công trình khảo sát gần mặt đất đã khẳng định là cấu trúc của vỏ Trái đất khá phức tạp do

sự có mặt của đất đá đã tồn tại hơn 4 tỷ năm và đã trải qua những tiến hóa và vận động kiến tạo qua nhiều triệu năm Hiện chưa có lỗ khoan sâu nào tới ranh giới Môhô: lỗ khoan sâu nhất thế giới cũng chưa vượt quá 20 km, tức chỉ xấp xỉ 1/1.000 đường kính của

Hình 1.2 W.Gilbert tác giả cuốn sách “De Magnet”

lan truyền của sóng địa chấn cung cấp thông tin về cấu trúc bên trong của Trái đất Trong

số các tư liệu nói trên thì các thông tin do sóng động đất cuung cấp đóng một vai trò hết sức quan trọng Sóng địa chấn có thể đi qua phần bên trong của Trái đất rồi phản xạ lên mặt đất dưới hình thức sóng dọc và sóng ngang Sóng dọc truyền tương đối nhanh, và sóng ngang truyền tương đối chậm, hơn nữa tốc độ truyền của chúng đều liên quan tới trạng thái vật chất nơi chúng đi qua Sóng ngang chỉ có thể truyền qua thể rắn, còn sóng dọc có thể truyền qua thể rắn, thể lỏng và thể khí Vì vậy, căn cứ vào sự thay đổi tốc độ truyền sóng địa chấn dưới lòng đất và hiện tượng sóng ngang không thể truyền qua nhân Trái đất, có thể suy đoán ra về cấu trúc bên trong của Trái đất

Dung nham của núi lửa phun ra cũng cho phép hình dung được về thành phần vật chất ở độ sâu tới mấy chục km: nhiệt độ của các dòng nham thạch phun lên mặt đất đều cao hơn 1.0000C Kết quả đo trực tiếp từ nhiều giếng khoan, lỗ khoan, cho thấy là trong khoảng 10 km bên dưới mặt đất, cứ mỗi khi tiến sâu thêm 100m, thì nhiệt độ tăng trung bình thêm 30C Theo xu hướng này thì nhiệt độ tại ranh giới vỏ - mati phải tới vài ngàn

độ C, càng xuống sâu nhiệt độ và áp suất càng tăng cao, nồng độ vật chất càng đậm đặc

và nhiệt độ ở phần nhân của Trái đất phải trên 5.0000

C

Ngoài ra, việc nghiên cứu thành phần hoá học của các thiên thạch từ trên trời đã rơi xuống mặt đất cũng cho phép chúng ta suy đoán về thành phần vật chất bên trong Trái đất

Từ những nguồn dử liệu trên, có thể thấy rằng Trái đất là một hành tinh có dạng hình cầu với đường kính là 12.750 km và được cấu thành từ nhiều lớp được gọi lần lượt

là vỏ, manti, nhân ngoài và nhân trong ( hình 1.3 ) Các lớp được phân cách với nhau bằng các ranh giới ( ranh giới Moho, ranh giới nhân manti, ranh giới nhân trong và nhân ngoài ) mà khi truyền qua đó các sóng địa chấn bị khúc xạ rõ rệt

là 30 km tại khu vực đồng bằng, nhưng tại vùng nói có thể lên tới 70 km Thành phần chủ yếu của vỏ lục địa là đá núi lửa gồm: granite và diorit Tuổi của vỏ lục địa có thể tới 3,8

tỷ năm, trong khi vỏ đại dương còn rất trẻ, chỉ vào khoảng 200 triệu năm

1.1.2 Lớp manti

Lớp manti là lớp nằm ngay dưới vỏ Trái đất cho đến độ sâu 2.900 km và chiếm khoảng 82 % thể tích của toàn bộ Trái đất Vật chất trong lớp manti đặc, nóng, chứa nhiều sắt, magiê và canxi Khi càng xuống sâu dưới mặt đất thì nhiệt độ và áp suất càng tăng , nên vật chất trong lớp manti dưới sẽ nóng và đặc hơn Dựa theo cấu trúc hóa học, lớp manti được chia làm 2 phần: manti ngoài và manti trong

Lớp manti ngoài chỉ chiếm một phần rất nhỏ, bắt đầu ngay từ dưới vỏ Trái đất đến

độ sâu 410 km Thành phần vật chất của lớp manti ngoài bao gồm silicate của sắt và magiê nhiệt độ 1.4000

C – 3.0000C

Hình 1.3 Mô hình phân lớp bên trong Trái đất ( nguồn tư liệu:SEDI )

Lớp manti trong nằm ờ độ sâu từ 410 km cho tới 2.900 km nhiệt độ trung bình là 3.0000C Vật chất của lớp manti trong có dạng rất do áp suất rất cao Thành phần chính của lớp manti trong bao gồm sunfua và oxit của silic và magiê

Vị trí của lớp manti luôn thay đổi theo độ sâu liên quan với sự thay đổi của cấu trúc nhiệt và hóa bên trong Trái đất, phân cách phần manti silicat với phần nhân hỗn hợp bao gồm sắt – kền nóng chảy

1.2 Biểu diển giải tích trường địa từ

Cho đến nay, các kết quả đo đạc và quan trắc địa từ đã cho phép khẳng định trường địa từ đo được trên mặt đất là tổ hợp của phần trường chính của Trái đất ( được tạo nên bởi các dòng điện chạy trong nhân ngoài của Trái đất ); phần trường của vỏ Trái đất ( được tạo nên do các đá nhiễm từ trong vỏ Trái đất ) và phần trường có nguồn gốc bên ngoài Trái đất ( được tạo nên do các dòng hạt tích điện bên ngoài Trái đất )

Từ năm 1835 nhà khoa học Đức Gauss đã tiến hành phân tích điều hòa cầu trường địa từ và đã xác định được giá trị của các hệ số chính của nó, dựa trên các kết quả quan trắc trường địa từ trên toàn cầu

Để làm rõ điều này có thể phân tích trường toàn cầu bằng cách xấp xỉ theo một chuỗi của hàm cầu điều hòa như Gauss đã tiến hành vào năm 1839

Phương pháp này có thể chấp nhận được nế lưu ý rằng cường độ dòng điện trong tầng khí quyển nằm giữa mặt đất và tầng điện ly ( ở độ cao từ 80 km trở lên ) là không đáng kể Như vậy có thể ứng dụng phương trình Maxwell

rot B = 0 Trong trường hợp này, từ trường B có thể là đạo hàm của 1 trường thế V, và chúng

ta có thể viết :

B = gradV

Do tính chất của từ trường B là div B = 0, nên

div B = div gradV =V =0 Hàm V thường được biểu diễn dưới dạng hàm điều hòa cầu Khi chúng ta sử dụng

hệ tọa độ Đềcac ( x, y , z ) với gốc tọa độ đặt tại tâm của Trái đất, trục Z trùng với trục quay của Trái đất, trục X nằm trong mặt phẳng xích đạo và hướng về phía kinh tuyến Greenwith, trục Y là thành phần toàn thiện của hệ tọa độ theo tay phải Theo cách như vậy, chúng ta xác định tọa độ cầu ( r, theta, phi ) , ở đó trục cực trùng với trục Z Công thức chuyển đổi từ hệ tọa độ Đề cac sang hệ tọa độ cầu là :

cos sin

r z

r y

r x

Trong hệ tọa độ cầu, biểu thức giải tích của V sẽ có dạng :

 ,,  cos  sin  cos

1

m n m

n m

n n

n n

m

E

P m h

m g

r

R R

Việc khai triển là một chuỗi vô hạn, nhưng trên thực tế thì người ta thường giới hạn

ở hài n= 10 hoặc n= 13 Số liệu phục vụ cho tính toán các hệ số hệ số gn

m

và hn m

được thu nhận từ các đài địa từ trên toàn cầu, các số liệu của mạng lưới biến thiên thế kỷ, các kết quả đo từ trên mặt đất, trên máy bay, vệ tinh, số liệu của mạng đài địa từ hành tinh ( INTERMAGNET )

Phần trường chính được xác định cho mỗi niên đại gồm 5 năm liên tiếp Vào năm cuối của niên đại, thí dụ niên đại 2000.5, một mô hình biến thiên thế kỷ được đưa vào để chuyển tiếp trường cho 5 năm tiếp theo Các mô hình IGRF được tính toán và cung cấp liên tục bởi nhóm làm việc V-8 của IAGA ―Phan tích từ trường toàn cầu và khu vực cùng với biến thiên thế kỷ của nó‖ Trên cơ sở đó họ xây dựng các hệ số đặc trưng cho trường vào từng thời kỳ nhất định, thường là 5 năm một lần và được gọi là mô hình IGRF ( International Geomagnetic Reference Field ) Các file số liệu tính toán hệ số IGRF cũng như trương trình tính toán tổng hợp các hệ số có sẵn tại các trung tâm số liệu quốc tế

Khi khai triển, số hạng thứ nhất của chuỗi có giá trị lớn nhất và đóng vai trò quan trọng nhất

Ví dụ về các hệ số điều hòa cầu cho mô hình hoàn chỉnh được dẫn trên bảng 1 Các

mô hình IGRF đã được tính cho niên đại 5 năm từ 1900.0 đến 2005.0 Các hệ số cho mô hình trước năm 2000 được tính đến hài n = 10 với độ chính xác là 1 nT Năm 2001 IAGA quyết định là IGRF từ năm 2000 trở đi sẽ được tính đến n = 13 và với độ chính xác là 0.1

nT

Các mô hình IGRF được sử dụng trong việc định hướng lái của tàu biển, máy bay, định vị các vệ tinh nhân tạo, các thiết bị GPS Chúng cũng được dùng trong nghiên cứu

vỏ Trái đất, lớp manti, nhân Trái đất, tầng điện ly, từ quyển và các dị thường từ

Có thể tải bảng IGRF -10 cho các mô hình từ năm 1900 đến 2005 từ trang web của IAGA

Bảng 1 : Mô hình trường chuẩn toàn cầu IGRF 2000

Niên đại 2000

13 hài cực đại của phần trường chính

8 hài cực đại của biến thiên thế kỷ

0 hài cực đại của trường bên ngoài Trái đất

1.3 Biến thiên thế kỷ của trường địa từ

Biến thiên thế kỷ của trường địa từ được phát hiện trước hết qua việc quan trắc trực tiếp trường địa từ

Những hiểu biết hiện đại về trường địa từ cho phép chúng ta tách được phần trường địa từ biến thiên theo thời gian thành 2 loại, phụ thuộc vào nguồn gốc của nó: phần biến thiên có nguồn gốc bên ngoài và phần biến thiên có nguồn gốc bên trong Trái đất Những biến thiên theo thời gian có chu kỳ nhỏ hơn 5 – 10 năm được coi là có nguồn gốc bên ngoài Trái đất; những biến thiên có chu kỳ thời gian dài hơn được gọi là biến thiên thế kỷ

và có nguồn gốc bên trong Trái đất Danh từ ―biến thiên thế kỷ‖ được dùng để chỉ tất cả các biến thiên của trường địa từ có chu kỳ trong khoảng một chục năm cho tới vài trăm ngàn năm

Thời gian đặc trưng của biến thiên trường địa từ, được gây nên trong nhân lỏng của Trái đất, dao động trong một khoảng rất rộng Dĩ nhiên là biến thiên thế kỷ với thời gian đặc trưng khác nhau có thể thay đổi cả về đặc trưng và nguồn gốc Nhưng trường địa từ chỉ được quan trắc trực tiếp và liên tục trong khoảng 150 năm gần đây Do vậy, các số liệu trên chỉ có thể cung cấp thông tin đầy đủ về những biến thiên thế kỷ với đặc trưng 50 năm hoặc nhỏ hơn Biến thiên thế kỷ với chu kỳ 60 – 120 năm tuy nằm trong khoảng thời gian có số liệu quan trắc trực tiếp, nhưng việc miêu tả dạng biến thiên này còn rất hạn chế

vì thời gian quan trắc còn quá ít

Trên H.1.4 là kết quả ghi biến thiên thế kỷ của trường địa từ tại London từ năm

1600 đến 1950: độ từ khuynh thay đổi trong khoảng 660

đến 750, còn độ từ thiên từ -250

tới +100 Trong cùng một lục địa thì dạng của đường biến thiên thế kỷ tương tự nhau Tuy nhiên, khi chuyển từ lục địa này tới lục địa khác thì dạng biến thiên thế kỷ cũng khác nhau

Việc quan sát biến thiên thế kỷ với chu kỳ dài hơn ( 100 – 600 năm ) được tiến hành trên cơ sở số liệu quan trắc trực tiếp và số liệu khảo cổ từ Số liệu khảo cổ từ bao trùm khoảng thời gian cỡ 10.000 năm Chúng cho phép quan trắc chu kỳ biến thiên thế kỷ từ

60, 120,180, 360 ,600, 900, 1.200, 1.800 đến 8.000 năm

Nguồn gốc biến thiên thế kỷ của trường địa từ có thể do 2 nguyên nhân có chu kỳ chồng lên nhau : 1/ biến thiên phi dipole có chu kỳ ngắn và 2/ biến thiên của trường dipole có chu kỳ dài Những thay đổi của trường phi dipole có chu kỳ nhỏ hơn 3.000 năm Đặc trưng biến thiên phi dipole chính là sự dịch chuyển về phía tây của trường địa

từ, trong đó kinh độ chuyển dịch về phía tây với tốc độ 0,40/năm

Phần dipole của trường ( bao gồm hơn 90% của trường trên mặt đất ) cũng thay đổi

cả về hướng và biên độ Để tách các biên thiên dipole và phi dipole, người ta đã dùng các

số liệu ghi từ trực tiếp, các số liệu khảo cổ từ và cổ từ trên các đá trầm tích và phun trào Holoxen để phân tích Trái đất được chia làm 8 khu vực, tại mỗi khu vực giá trị trung bình của trường được tính cho khoảng thời gian 100 năm Vị trí của cực địa từ được xác định từ các giá trị trung bình của mỗi khu vực như vậy được sử dụng để tính giá trị của

Hình 1.4 Biến thiên thế kỷ quan sát được tại đài địa từ London từ năm 1600 đến

năm 1950 ( nguồn từ liệu Butler )

cực địa từ trung bình cho toàn cầu trong mỗi khoảng thời gian 100 năm trong suốt 2.000 năm qua Kết quả được dẫn trên H.1.5

1.3.1 Xác định biến thiên thế kỷ dựa trên các quan trắc trực tiếp trường địa từ

Nếu như trường địa từ có giá trị không đổi trong một thời gian dài, thì các nhà nghiên cứu chỉ tiến hành đo các yếu tố của trường địa từ tại nước mình bằng các thiết bị chuẩn, vào một niên đại nào đó rồi sau đó thông báo cho các nước khác để các nhà nghiên cứu trên thế giới có thể thu thập được đầy đủ thông tin về trường địa từ Nhưng trường địa từ không chỉ thay đổi theo thời gian, mà lại có các đặc tính khác nhau tại các vùng khác nhau trên Trái đất Cho nên, các quan sát tiến hành tại những khu vực khác nhau tại những thời điểm khác nhau trở nên không phù hợp với nhau và đòi hỏi phải tiến hành hiệu chỉnh ―biến thiên thế kỷ‖ ( tức là sự thay đổi của yếu tố trường địa từ trong thời gian một năm ) Lý do này đã khiến các nhà địa từ học trên toàn thế giới phải không ngừng quan trắc sự biến thiên của trường địa từ nhằm hoàn thiện những quy luật về phân

bố biến thiên thế kỷ trên toàn cầu

Hình 1.5 Vị trí cực địa từ bắc trong suốt 2000 năm qua ( nguồn Butler )

Những kết quả quan trắc biến thiên thế kỷ trên mặt đất trong 400 năm qua cho phép khẳng định:

 Sự suy giảm của momen từ dipole chiếm khoảng 0.005% giá trị trung bình của momen từ trong suốt thời gian quan trắc

 Trục dipole quay tuế sai về phía tây là 0.008%/năm

 Cực từ dịch chuyển về phía bắc khoảng 2km/năm

 Phần trường phi dipole dịch chuyển về phía tây khoảng 0.20

– 0.30/năm, kèm theo chuyển dịch về phía nam

 Cường độ biến thiên của phần trường phi dipole khoảng 10nT/năm

Khi nghiên cứu biến thiên thế kỷ của trường địa từ dựa trên số liệu quan trắc từ các đài địa từ trên toàn cầu, nhóm các nhà khoa học Pháp đã phát hiện thấy sự thay đổi nhanh chóng trên đường cong biến thiên của độ từ khuynh biến thiên thế kỷ vào năm 1969 Nhiều nghiên cứu về lượng và chất của hiện tượng này đã được tiến hành và dạng biến thiên này được mang tên ―Jerk‖ Biến thiên từ Jerk được dùng để chỉ sự thay đổi nhanh của đường cong biến thiên thế kỷ của độ từ khuynh, xẩy ra trên toàn cầu

Hình 1.6 Các jerk đã được phát hiện tại đài địa từ Hartlant

Việc phát hiện Jerk năm 1978 được tiếp theo sau Jerk 1969 Việc phân tích đồng thời cả hai Jerk cho thấy có sự tương đồng trong việc phân bố chúng trên toàn cầu Dựa trên số liệu của các đài châu Âu đã phát hiện Jerk 1991 và Jerk 1991 đã được kiểm chứng tại số liệu quan trắc của 109 đài địa từ trên toàn cầu Xem xét các tư liệu trước nữa, các nhà khoa học còn phát hiện thêm 2 Jerk vào năm 1902 và năm 1925 Các Jerk đã được phát hiện tại Đài địa từ Hartlant ( Vĩ độ 50,9950

; kinh độ 355,5170 ) được dẫn trên H.1.6

1.3.2 Xác định biến thiên thế kỷ theo kết quả nghiên cứu khảo cổ từ và cổ từ

Các nghiên cứu khảo cổ từ tiến hành trên các đồ gốm cổ và gạch nung cổ đã mở rộng khoảng thời gian chúng ta có thể khảo sát biến thiên thế kỷ Tuy nhiên chỉ có những kết quả nghiên cứu cổ từ mới cho phép phát hiện các biến thiên thế kỷ có chu kỳ 104

–

105 năm

1.3.2.1 Xác định cường độ của trường địa từ trong quá khứ địa chất

Để xác định biến thiên thế kỷ, điều quan trọng là phải xác định được cường độ trường địa từ cổ Giá trị tuyệt đối của cường độ trường địa từ cổ được xác định dựa theo

độ từ dư ban đầu còn giử lại trong đất đá không chỉ vì hướng, mà cả về giá trị ( môđun )

Độ từ dư ban đầu của các đá phun trào và trầm tích giử được các thông tin về giá trị tuyệt đối của trường địa từ đã gây ra nhiễm từ cho đất đá vào thời điểm thành tạo đất đá, trong điều kiện là đất đá không bị thay đổi trong quá trình tồn tại của mình

Phương pháp chủ yếu và được đa số các nhà nghiên cứu chấp nhận để xác định cường độ trường địa từ trong quá khứ địa chất là sử dụng khái niệm rằng : trong từ trường yếu cường độ của từ dư nhiệt ( từ dư hình thành do đá phun trào nguội đi dưới nhiệt độ Curie của khoáng sắt từ ) hoặc từ dư định hướng ( từ dư được hình thành trong quá trình lắng đọng trầm tích ) được hình thành trong đất đá tỉ lệ thuận với cường độ của trường tác động lên đất đá Khi tiến hành những nghiên cứu từ dư nhiệt hoặc từ dư định hướng, người ta đã tiến hành mô hình hóa các quá trình hình thành từ dư trong phóng thí nghiệm bằng cách nung mẫu đá tới điểm Curie để phục hồi lại quá trình hình thành macma hoặc thông qua thí nghiệm tái tạo lại trầm tích

Hiện nay việc xác định cường độ trường địa từ trong quá khứ địa chất hãy còn chưa được điều khắp trên mặt đất và cũng chưa bao trùm được toàn bộ thang niên đại địa chất :

phần lớn các phép xác định được tiến hành trên đá tuổi Kainozoi, Triat, Paleozoi muộn, phần ít hơn là vào Paleozoi sớm và tiền Cambri Lý do của sự không đồng đều này liên quan tới những hạn chế của các phương pháp được áp dụng, đó là do phương pháp xác định cường độ còn chưa hoàn thiện, do việc đánh giá các sai số phát sinh trong khi tiến hành thực nghiệm còn chưa đầy đủ và chính xác

Những giá trị cường độ trường địa từ trong quá khứ địa chất trên các đá Kainozoi muộn cho thấy là chúng rất gần với giá trị của cường độ trường địa từ hiện đại Các thí nghiệm xác định cường độ trường địa từ trong quá khứ địa chất riêng biệt cho đá nhiễm

từ thuận và đá nhiễm từ ngược cho phép phát hiện thấy rằng về giá trị tuyệt đối thì cường

độ trường địa từ trong quá khứ địa chất là bằng nhau đối với cả hai loại đá nhiễm từ thuận và nhiễm từ ngược

Khi tăng được số các phép xác định cường độ trường địa từ cổ, thì không những có thể xác định được tốt hơn giá trị cường độ của trường địa từ trong quá khứ, mà còn có thể phát hiện được những thay đổi của mômen từ của Trái đất cũng như mối quan hệ của chúng với các sự cố địa chất trong quá khứ Trên cơ sở đó có thể kiểm tra xem có phải trong tất cả mọi niên đại trường địa từ luôn là trường dipole hay không và tìm hiểu được

là bán kính của Trái đất đã thay đổi như thế nào Đặc biệt là nếu số lượng phép xác định cường độ trường địa từ đủ lớn thì có thể sử dụng chúng để làm tham số của thang niên đại cổ từ trong việc xác định niên đại địa chất và địa tầng

1.3.2.2 Xác định biến thiên thế kỷ theo các số liệu cổ từ và khảo cổ từ

Trong những năm gần đây các nhà khoa học đã tiến hành nhiều nghiên cứu biến thiên thế kỷ trong các trầm tích ở nhiều vùng hồ lớn thuộc châu Âu và Bắc Mỹ ( định tuổi của các trầm tích hay bằng phương pháp phóng xạ Cacbon ) Người ta đã khẳng định được chu kỳ biến thiên thế kỷ 2700 năm

Khi phân tích toàn bộ chuỗi số liệu ( quan sát trực tiếp, tài liệu khảo cổ từ và cổ từ )

đã thu được là phổ biến thiên thế kỷ rất rộng ; trong đó có thể tách được các chu kỳ : 10.5; 20; 60; 500 – 600; 900 – 1000; 2.700; 8.000; 150.000 năm Dao động với chu kỳ 8.000 năm giống nhau và có tính đồng thời trên toàn cầu : moment từ của Trái đất cũng thay đổi với cùng một chu kỳ như vậy Những biến thiên thế kỷ với chu kỳ 500 – 600 và

900 – 1.000 năm được quan sát đồng thời trong những vùng lãnh thổ có cùng kích thước với kích thước của dị thường từ lục địa với đặc trưng chuyển động về phía Tây Biến thiên thế kỷ với chu kỳ 2.700 và 150.000 năm mới được phát hiện cách đây chưa lâu và còn chưa được nghiên cứu kỹ

1.3.3 Biến thiên thế kỷ và cấu trúc bên trong của Trái đất

Cho đến nay hầu hết các nhà nghiên cứu đều cho rằng nguồn gốc của Jerk là các quá trình xảy ra bên trong Trái đất Việc kiểm tra khả năng về nguồn gốc bên trong Trái đất của Jerk là điểm xuất phát quan trọng cho việc nghiên cứu động học bên trong Trái đất, đặc biệt là cho việc nghiên cứu các tính chất dẫn điện của manti Các công trình nghiên cứu của Le Mouel và các cộng sự dựa trên các đặc trưng xung của Jerk đã xác định được giá trị độ dẫn của manti cỡ 300 (Om)-1 Gía trị này thấp hơn nhiều so với những giá trị được tính trên lý thuyết trước khi phát hiện Jerk và nó đã được khẳng định khi tiến hành

đo điện thế trên các cáp quang xuyên Đại Tây Dương

Biến thiên thế kỷ của trường địa từ là một hiện tượng đặc biệt hấp dẫn đối với việc phát triển lý thuyết về nguồn gốc trường địa từ, cũng như trong việc nghiên cứu nhân Trái đất và những quá trình xảy ra bên trong Trái đất Trường địa từ có liên quan với các

hệ thống chuyển động bên trong nhân Trái đất ; mỗi thay đổi của trường địa từ với một chu kỳ nhất định nào đó đều dựa trên những hệ thống chuyển động nhất định trong nhân đặc trưng bởi thời gian và kích thước riêng biệt Theo quan điểm này thì biến thiên thế kỷ

có thể được xem như là một đặc trưng động của nhân Trái đất Bất kỳ một lý thuyết nào

về nguồn gốc trường địa từ không những phải giải thích được sự tồn tại của biến thiên thế

kỷ, mà còn phải đưa ra một số đánh giá định lượng của nó Mức độ phù hợp của các tham

số thực của biến thiên thế kỷ với các tính toán lý thuyết sẽ là một chỉ số về tính đúng đắn của giả thuyết

Như vậy, biến thiên thế kỷ có thể được xem như là một hiện tượng thường xuyên,

nó chính là thuộc tính của trường địa từ chứ không phải là do trường địa từ bị lệch khỏi trạng thái bình thường của mình

Việc nghiên cứu biến thiên thế kỷ của trường địa từ đóng vai trò quan trọng trong việc tìm hiểu về bản chất của việc hình thành trường địa từ và sự tiến hóa của nó Do vậy,

các nghiên cứu về biến thiên thế kỷ của trường địa từ trên thế giới ngày một tăng cùng với việc liên tục phân tích, xử lý các tài liệu đo từ đã có

1.4 Sự đảo cực của trường địa từ và cấu trúc bên trong của Trái đất

Một trong những thành tựu nổi bật của nghiên cứu cổ từ, mà ý nghĩa của nó thật khó đánh giá được hết – đó là việc phát hiện ra sự đảo cực của trường địa từ - sự đảo cực –

đó là sự thay đổi hướng của momen từ của Trái đất sang hướng ngược lại, trong đó các cực từ của Trái đất đổi chỗ cho nhau Kết luận về việc trường địa từ trong khoảng thời gian tồn tại của mình đã nhiều lần thay đổi hướng dựa trên các kết quả nghiên cứu cổ từ được đưa ra không phải dễ dàng Kết luận này đã phải trải qua hàng chục năm tiến hành nghiên cứu cổ từ tại hầu khắp các địa điểm quan trọng trên mặt đất Trước đó nhiều nhà khoa học đã đưa ra cách giải thích về sự đổi hướng nhiễm từ bằng những cơ chế vật lý dẫn tới sự nhiễm từ ngược với hướng của từu trường tác động lên đất đá Tuy nhiên, trên thực hầu như chỉ tìm thấy duy nhất có một trường hợp như vậy, trong khi sự đảo cực của trường địa từ trong quá khứ địa chất hầu như được phát hiện thấy ở khắp nơi Đến nay thì hầu như không còn ai nghi ngờ về tính đúng đắn của hiện tượng đảo cực của trường địa

từ Kết luận này dựa trên những dữ kiện sau:

 Các loại đá cùng tuổi ở khắp mọi nơi trên Trái đất đều mang độ từ dư ban đầu, ứng với cùng một hướng của cực từ của trường địa từ

 Các loại đá bị nung bởi các đá phun trào khi phủ trùm lên ( không phụ thuộc vào thành phần và hướng của độ từ dư tự nhiên ban đầu ), đều bị nhiễm từ theo cùng một hướng như các đá phun trào phủ bên trên nó

 Các trường hợp độ từ dư tự nhiên nhiễm từ ngược rất ít gặp trong thực tế

 Quy luật thay đổi của độ từ dư ban đầu tại các lớp đất đá chuyển tiếp, phân cách các lớp đất đá nhiễm từ thuận và các lớp đất đá nhiễm từ ngược không thể giải thích được bằng hiện tượng tự nhiễm từ ngược

1.4.1 Hiện tượng đảo cực của trường địa từ và cấu trúc bên trong của Trái đất

Trong một số niên đại địa chất, sự đảo cực xảy ra thường xuyên – khoảng 200 đến

500 nghìn năm, tại các niên đại khác – trường địa từ giử nguyên một hướng trong suốt

thời gian hàng chục triệu năm Khi nguyên cứu các đá phun trào trên quần đảo Hawaii,

các nhà khoa học đã xác nhận rằng lần đảo cực gần đây nhất xảy ra khoảng 780.000 năm

trước Trong khi xảy ra đảo cực, đầu tiên cường độ trường địa từ giảm rõ rệt ( khoảng từ

5 đến 10 lần ); trên cái nền của từ trường rất nhỏ đó, cực từ đảo chổ cho nhau từ Bắc bán

cầu sang Nam bán cầu và ngược lại Hiện tượng đảo cực kéo dài trong khoảng vài nghìn

năm, sau đó trục dipole tái lập lại, nhưng nó sẽ có hướng ngược

Thang đảo cực của trường địa từ trong 5,5 triệu năm gần đây trên hình 1.7 đã được

xây dựng trên cơ sở so sánh cực từ thuận và ngược của các đá phun trào hoặc trầm tích

với tuổi tuyệt đối của chúng được xác định bằng phương pháp định tuổi phóng xạ Đã có

354 phép định tuổi bằng phương pháp Kali – Argon được tiến hành khi xây dựng thang

đảo cực này

Tên của các thống phân cực ( Polarity Chron ) trên thang được đặt theo tên của các

nhà khoa học có nhiều đóng góp trong nghiên cứu địa từ và khoa học Trái đất Từ thời

hiện tại ngược về 780 tr.năm trước là thống thuận từ mang tên Brunhes Từ ranh giới

Brunhes cho tới 2,4 tr.năm trước trường địa từ chủ yếu đặc trưng bởi nhiễm từ ngược

được gọi là thống Matyuma, sau đó là thống Gauss đặc trưng chủ yếu bởi nhiễm từ thuận,

còn thống Gilbert đặc trưng chủ yếu bởi nhễm từ ngược Tuy nhiên như trên H.1.7 có thể

thấy là trong từng thống, nhiễm từ thuận hay ngược chỉ là đặc trưng chủ yếu, còn vẫn có

những lần đảo cực có thời gian rất ngắn trong từng thống

Từ trường quan sát được trên mặt đất là thuộc tính của Trái đất, tức là nguồn gốc của trường địa từ liên quan với những đặc trưng về cấu trúc bên trong của Trái đất và các quá trình xảy ra bên trong của Trái đất Việc phát hiện ra hiện tượng đảo cực cho thấy là trong nhân của Trái đất nhất thiết phải tồn tại các chuyển động dạng xoáy đối lưu, hướng của nó sẽ được đều chỉnh bởi hạt động quay của Trái đất ( trong trường hợp ngược lại thì trường địa từ sẽ không thể đổi hướng được ) Nói cách khác, tính hiện thực của hiện tượng đảo cực trong quá khứ địa chất đã chỉ ra là cơ chế dẫn tới sự hình thành trường địa

từ chỉ có thể là do những hệ thống dòng điện trong nhân của Trái đất, còn tính nhớt của vật chất trong nhân là cơ sở cho việc tồn tại các chuyển động rối, cực nhanh Điều này cho phép ta sử dụng trường địa từ để nghiên cứu nhân Trái đất và các quá trình xảy ra trong nhân Khi xây dựng lý thuyết về nguồn gốc trường địa từ, cần phải xác định được

cơ chế bảo đảm hoạt động đối lưu liên tục trong nhân lỏng, hệ thống chuyển động trong nhân và sự tương tác của chúng với từ trường bên trong nhân Tài liệu cổ từ đã khẳng định sự bất đối xứng của trường địa từ: phân bố từ trường trên mặt đất không đối xứng,

Hình 1.7 Thang đảo cực của trường địa từ trong 5,5 triệu năm gần đây: màu đen là nhiễm từ thuận , màu trắng nhiễm từ ngược ( nguồn USGS )

đường thẳng nối các cực từ của Trái đất không đi qua tâm Trái đất; cường độ từ trường ở Bắc bán cầu cao hơn là ở Nam bán cầu Điều này cho phép khẳng định là chuyển động trong nhân lỏng của Trái đất bất đối xứng đối với trục quay của Trái đất, và bất đối xứng này đã kéo dài trên 1 tỷ năm Cơ sở của hiện tượng bất đối xứng của trường địa từ là sự bất đối xứng của chính nhân Trái đất

1.4.2 Hiện tượng đảo cực của trường địa từ và thang niên đại địa chất

Đảo cực – đó là một hiện tượng có tính toàn cầu, và nó được ghi lại trong đất đá tại hầu hết các mặt cắt địa chất trên toàn cầu Như vậy, đảo cực có thể được coi là một chỉ số đồng thời của hiện tượng địa chất có tính toàn cầu Đảo cực như một chỉ số của thời gian địa chất được sử dụng rộng rãi trong việc so sánh các mặt cắt của các đá phun trào và đá trầm tích, trong việc dự đoán, tìm kiếm và thăm dò khoáng sản có ích, trong đo vẽ bản đồ địa chất

Về nguyên tắc, thang đảo cực của trường địa từ có thể được sử dụng như một thang niên đại địa chất, nếu như các mẫu đất đá được dùng để xác định cực từ được định tuổi bằng các phương pháp vật lý Việc xây dựng một thang niên đại địa chất về cổ từ sau khi

đã đối sánh với kết quả xác định bằng phương pháp Kali – Argon có thể cho phép xác định tuổi các đá phun trào một cách chính xác

Đối với 5,5 triệu năm gần đây tỉ lệ này đã được kiểm tra trên thang niên đại địa chất

cổ từ tuyệt đối Còn với 160 triệu năm gần đây thì khoảng cách giữa các đảo cực gần nhau được xác định dựa trên bề rộng của các dị thường từ âm và dương quan sát được tại đáy biển Việc mở rộng thang này cho những niên đại địa chất cổ hơn cho phép xác định được tuổi tuyệt đối của các đảo cực đã xảy ra Việc liên kết đảo cực với những sự kiện địa chất nhất định cho phép thành lập thang địa tầng cổ từ tương đối cho khoảng thời gian địa chất là 1 tỷ năm

Thang địa tầng cổ từ được xây dựng như là một thang tuổi địa tầng bằng cách nghiên cứu cổ từ trên các mặt cắt chi tiết và tạo thành các mặt cắt chuẩn Do vậy, vấn đề quan trọng trong địa tầng cổ từ và tìm kiếm các dấu hiệu phụ trong giải đoán để phát hiện các đơn vị của thang

Trường địa từ trong quá khứ địa chất được đặc trưng bởi sự đảo cực của trường đã được ghi nhận nhiều lần khi tiến hành đo độ từ dư của đất đá có tuổi địa chất khác nhau Hướng của độ từ dư được ghi lại trên các tập hợp địa tầng có thể được sử dụng như là cơ

sở cho việc phân chia địa tầng thành các đơn vị đặc trưng bởi cực từ quan trắc được Hiện nay, việc nghiên cứu các vùng chuyển tiếp trong quá trình diễn ra đảo cực sẽ cho phép xác định xem có tồn tại đảo cực dạng khác nhau không, có sự thay đổi về cường

độ của trường địa từ trong thời gian đảo cực hay không

1.5 Trường địa từ và cấu trúc vỏ Trái đất

1.5.1 Dị thường từ và cấu trúc vỏ Trái đất

Dị thường từ là sự lệch đáng kể các giá trị của trường địa từ ở một vùng so với các giá trị của nó ở các vùng xung quanh Dị thường từ phản ánh sự thay đổi trong phân bố cũng như dạng của khoáng sắt từ - macnetit sơ cấp – trong vỏ Trái đất Các đá có từ tính

có thể được phát hiện bằng phương pháp đo từ bắt đầu từ trên mặt đất xuống tới những

độ sâu lớn, tùy thuộc vào kich thước, hình dạng, các tính chất từ của nó và đặc trưng của gradient địa nhiệt tại nơi khảo sát

Dữ liệu về dị thường từ cho phép nhìn xuyên qua các đá phi từ và lớp phủ như cây

cỏ, đất trồng, cát sa mạc, các lớp đất sét bị đóng băng và nước để phát hiện ra biến thiên

Hình 1.8 bản đồ dị thường từ toàn cầu ( nguồn: NASA )

của thạch quyển và các đặc trưng cấu trúc như đứt gãy và đaicơ Trong nhiều trường hợp, việc kiểm tra dị thường từ có thể cung cấp những phương tiện nhanh chóng và ít tốn kém

để lập bản đồ cấu trúc địa chất ở chiều thứ 3 ( độ sâu ) Số liệu dị thường từ sẽ là một công cụ mạnh để đánh giá cấu trúc, các quá trình địa chất và sự tiến hóa kiến tạo của lục địa và còn có thể được sử dụng để giải quyết các vấn đề có tính xã hội và khoa học ngang qua biên giới các quốc gia Bản đồ dị thường từ xây dựng trên cơ sở các dữ liệu kỷ thuật

số do vệ tinh thu thập ở độ cao 400 km ( H.1.8 ) sẽ cung cấp cho chúng ta một cái nhìn tổng thể về cấu trúc địa chất và thành phần vật chất của Trái đất mà chúng ta không thể

có được từ những số liệu nghiên cứu riêng lẻ, giúp liên kết những khu vực riêng lẻ của các tuyến đo thực địa và hợp nhất các nghiên cứu địa chất rời rạc

Mỏ sắt lớn nhất ở nước Nga tại vùng Kursk ( 510

N , 370E ) được phát hiện bởi việc quan sát dị thường từ lớn nhất thế giới Dị thường này cũng được phát hiện qua việc đo từ trên vệ tinh NASA và là dị thường lớn nhất được nhìn thấy trên bản đồ từ vệ tinh ở độ cao 660 km Mỏ sắt Thạch Khuê lớn nhất tại Việt Nam, cũng được phát hiện khi bay đo

từ hàng không vào năm 1966

1.5.2 Dị thường từ tuyến tính tại vùng sống giữa đại dương và sự tách giản vỏ Trái đất

Vào cuối những năm 1950 các nhà khoa học đã tiến hành đo trường địa từ cắt ngang qua vùng sống giữa Đại Tây Dương và Thái Bình Dương Cường độ của từ trường đo được ở đáy biển khác hẳn với cường độ mà họ đã tính toán trước đó Khi đó các nhà khoa học đã tiến hành tách các dị thường từ, hay còn gọi là sự khác biệt về giá trị của trường

đo được từ điểm này tới điểm khác Họ đã tìm thấy các dị thường âm và dị thường dương Dị thường dương nằm tại vị trí mà trường địa từ mạnh hơn là mong đợi Dị thường từ âm là dị thường yếu hơn trường từ mong đợi Kết quả là dọc theo vùng lòng máng sâu của sống giữa đại dương, bản đồ dị thường từ cho phép phát hiện các dị thường

âm và dương tuyến tính xen kẻ và đối xứng nhau qua sống giữa đại dương

Mới đầu người ta không giải thích nổi vì sau bức tranh phân bố dị thường từ có dạng tuyến tính, tức là vùng nhiễm từ âm và nhiễm từ dương xen kẻ nhau một cách đều đặn và đối xứng nhau qua sống giữa đại dương Khi xác định tuổi tuyệt đối của đất đá khoan từ dưới đáy đại dương, người ta thấy là ở vùng sống giữa đại dương, đất đá như

vừa mới sinh ra, và càng xa về hai bên rìa đại dương tuổi của đất đá càng già hơn Từ kết quả trên đã nảy sinh thuyết tách dãn đáy đại dương Nội dung của thuyết này có thể tóm tắt như sau: Trong thời gian tách dãn đáy đại dương, vật chất ở phần manti trên đã nâng lên tại vùng tách dãn và đông cứng lại trên phần rìa của mảng thạch quyển đại dương đang được tách ra Các đá phun trào nguội đi trong từ trường Trái đất đã được nhiễm từ theo hướng của từ trường Trái đất vào thời điểm chúng dâng lên Dị thường dương được hình thành khi đá phun trào nguội đi và đông cứng lại trong trường địa từ có cực bắc từ trùng với cực bắc địa lý Trường địa từ sẽ được tăng cường thêm phần trường của đá phun trào Dị thường từ âm được hình thành khi đá phun trào nguội đi và đông cứng lại trong trường địa từ với cực bắc từ nằm ở cực nam địa lý Kết quả là trường địa từ sẽ nhỏ hơn là trường từ mong đợi vì trường địa từ bị trừ đi phần trường từ của đá phun trào có hướng ngược Bề rộng của dị thường từ tỷ lệ thuận với thời gian tồn tại của trường địa từ

có hướng thuận hoặc ngược

Theo giả thuyết này người ta có thể xác định được tốc độ tách giãn đáy đại dương

và từ đó xác định tốc độ dịch chuyển của lục địa Và như vậy ở giữa đại dương lớp vỏ mới luôn được sinh ra bằng các phun trào từ sâu trong lòng đất …

Bản đồ đường đẳng tuổi của đáy đại dương trên ( H.1.9 ) được xây dựng dựa trên kết quả đo dị thường từ tuyến tính cho thấy sự tách dãn đáy đại dương về hi phía sống giữa, tuổi của bazan đáy đại dương tăng dần về hai phía sống giữa, tuy nhiên tuổi của bazan đáy đại dương không vượt quá 180 triệu năm

1.5.3 Dịch chuyển lục địa theo kết quả khảo sát cổ từ

Vào 1912, khi quan sát bàn đồ địa lý thế giới, nhà địa vật lý người Đức Alfred Wegener đã phát hiện thấy sự giống nhau một cách kỳ lạ của đường viền lục địa Đông Nam Mỹ và bờ Tây Châu Phi, chúng bị chia cách nhau bởi Đại Tây Dương Từ ý tưởng

đó Wegener đã lần tìm những dử liệu để chứng minh rằng trong quá khứ, các lục địa này

đã từng gắn liền với nhau

Các tài liệu về cổ sinh, cổ địa mạo, cổ chất và cổ khí hậu đả cho phép Wegener đề xuất giả thuyết về dịch chuyển lục địa Theo giả thuyết này khoảng 250 triệu năm trước đây tất cả các lục địa gắn với nhau như một đại lục địa lớn Pangea bắt đầu nứt ra thành

mảng vào thời kỳ sinh sống của khủng long ( khoảng 150 triệu năm trước đây ) Lúc đầu Pangea tách ra thành hai lục địa cổ là Gondvana và Lauraxia Lục địa Gondvana gồm châu Nam Cực Châu Úc , Ấn Độ , Châu Phi và Nam Mỹ Lục địa Lauraxia gồm Bắc Mỹ

và lục địa Âu, Á Sau đó châu Phi và Nam Mỹ lại bị tách ra và tạo thành Đại Tây Dương Giả thuyết về sự trôi dạt lục địa của Wegener đã gây ra sự tranh luận dử dội trong giới khoa học, nhưng sau khi ông hy sinh vào năm 1930, nó đã bị chìm vào lãng quên Đầu những năm 60 của thế kỷ trước, với sự ra đời của phương pháp cổ từ, người ta có thể phục hồi lại được từ trường Trái đất vào những kỷ địa chất xa xưa Các kết quả nghiên cứu cổ từ đã cung cấp những thông tin định lượng về vị trí của các lục địa trong quá khứ

và khẳng định thuyết trôi dạt lục địa Khi một thành hệ đất đá được hình thành, hoặc do hoạt động kiến tạo mang tính địa phương, khu vực hoặc cở lục địa, thì nó sẽ ghi được hướng của trường địa từ vào lúc hình thành Đó chính là cơ sở cho việc áp dụng các số liệu cổ từ trong nghiên cứu kiến tạo

Ngày nay luận thuyết ―kiến tạo mảng‖ bàn về sự chuyển động của các mảng lục địa

và đại dương đã được sự chấp nhận rộng rãi của các chuyên gia về khoa học Trái đất Nó cho phép giải thích sự tạo thành núi cao, hay các hố sâu đại dương ở rìa lục địa, cũng như

Hình 1.9 Bản đồ đường đẳng tuổi của đ‎áy đại dương Cột mầu thể hiện tuổi của

bazan nằm ở phía dưới bản đồ

nhiều nghịch lý khác: như sự có mặt của nhiều đảo san hô ở Bắc Băng Dương hay các dấu vết băng hà ở Châu Phi xích đạo

Việc xác định các cực cổ từ cho phép thiết lập các đường dịch chuyển của cực cổ từ cho từng lãnh thổ Từ đó cho phép tái lập mô hình cổ địa lý của lãnh thổ và tái lập mô hình kiến tạo khu vực Thí dụ, đường chuyển động của cực từ trong quá khứ của Châu

Âu và Bắc Mỹ hoàn toàn tách rời nhau, nhưng nếu ta giả thuyết là hai lục địa này đã gắn với nhau trong quá khứ thì ta sẽ có một đường chuyển động duy nhất của cực từ

Qũy đạo dịch chuyển của cực từ đối với vùng nghiên cứu được xác định dựa vào:

 Lấy mẫu định hướng đã biết tuổi chính xác, thời gian thành tạo của hệ tầng nơi lấy mẫu phải ít nhất là 10.000 năm ( để loại bỏ biến thiên thế kỷ )

 Bằng các phương pháp phòng thí nghiệm và các phương pháp thử tính ổn định xác định được từ dư đặc trưng cho từ trường cổ lúc đất đá được tạo thành

Ví dụ trung bình của dipole trên bề mặt của Trái đất sẽ là cực cổ từ Vị trí này được coi như là vị trí của cực địa lý vào thời điểm mà đất đá bị nhiễm từ Cực địa từ được xác định từ những phép xác định đơn lẻ gọi là cực địa từ biểu kiến hay là GVP ( virtual geomagnetic pole ) Ta có thể tính được vị trí này của cực từ nếu chúng ta biết được độ từ thiên ( D ) và độ từ khuynh ( I ) của trường địa từ cổ và vị trị mặt cắt nơi chúng ta lấy mẫu thông qua công thức lượng giác cầu