Палеомагнитология – это область геофизики, изучающая древнее магнитное поле Земли. Это поле запечатлено в остаточной намагниченности горных пород, направление которой параллельно направлению древнего поля, а величина прямо пропорциональна его напряжённости.

Остаточная намагниченность является своего рода «памятью» магнитной истории формирования горных пород, их преобразований, а также изменений древнего магнитного поля Земли. Явления образования и сохранения остаточной намагниченности пород в геологическом времени, а также связанные с этим магнитные свойства пород принято объединять единым термином – палеомагнетизм, а методы, использующие палеомагнетизм в геологических целях, называть палеомагнитными.

Палеомагнетизм как явление представляет собой природную записывающую систему, подобную обычному магнитофону:

- записываемым сигналом является магнитное поле Земли в зависимости от времени;

- магнитным носителем записи (аналогом магнитной ленты) слу­жат магнитные минералы, рассеянные в горных породах, совокуп­ность которых составляет геологическую летопись;

- фиксирование намагниченности происходит с помощью неко­торых геологических процессов (остывание изверженных пород или литификация осадочных пород);

- сохранность записи обеспечивается в том случае, если в тече­ние геологической жизни породы не происходило вторичного на­грева или переотложения, химических изменений магнитного но­сителя записи и т.д.;

- воспроизведение записи производится путем отбора коллекций образцов и проведения измерений остаточной намагниченности в лабораториях с последующей статистической обработкой результа­тов для выделения полезного сигнала на фоне случайного шума;

- полезный сигнал представляет собой направление (и величи­ну) магнитного поля в некоторый фиксированный момент в геоло­гическом прошлом во множестве географических точек.

В палеомагнитологии разработаны методы отбора коллекций образцов, создан комплекс аппаратуры для измерения различных магнитных характеристик и параметров, применяется математиче­ский аппарат обработки данных, включающий статистические ме­тоды, сформированы базы палеомагнитных данных.

Любая горная порода, осадочная в момент своего образования или магматическая после остывания ниже точки Кюри, приобретает намагниченность по направлению и величине, соответствующую магнитному полю данного конкретного отрезка времени. Если это осадочная порода, то магнитные частицы, оседая на дно озера, моря или океана, будут ориентироваться в направлении силовых линий магнитного поля, существующего в это время и в этом месте. Магматические горные породы, лавовые потоки, интрузивные массивы, застывающие либо на поверхности Земли, либо в земной коре на глубинах в несколько километров, приобретут намагниченность после достижения точки Кюри, разной для различных пород. Направление приобретенной намагниченности совпадает с направлением вектора напряженности магнитного поля данного времени в данной точке. В случае осадочных пород приобретенную намагниченность называют ориентационной, в случае изверженных — термоостаточной.

Не вдаваясь в довольно сложные характеристики видов намагниченности горных пород и определяющих её факторов, подчеркнём роль естественной остаточной намагниченности. Существует вид намагниченности, который, будучи однажды приобретенной породой, при благоприятных условиях сохраняется длительное время. Если мы вырежем из горной породы ориентированный в пространстве образец и проведём его специальную обработку, то можно измерить остаточную намагниченность этой горной породы и, следовательно, установить направление силовых магнитных линий той эпохи, в которой данная порода сформировалась и, как следствие, вычислить положение магнитного полюса. Проводя замеры следов прошлого гео­магнитного поля в массовом порядке в горных породах различного возраста на разных континентах и при бурении глубоководных скважин в океанах, получаем возможность выявить историю магнитного поля Земли. В этом заключается суть палеомагнитологии.

Инверсии магнитного поля — это смена знака осесимметричного диполя. Наличие противоположно намагниченных горных пород следствием не каких-то необычных условий в момент её образования, а результатом инверсии магнитного поля в данный момент. Обращение полярности геомагнитного поля — важнейшее открытие в палеомагнитологии, позволившее создать новую магнитостратиграфию, изучающую расчленение отложений горных пород на основе их прямой или обращенной намагниченности. И главное здесь заключается в доказательстве одновременности этих обращений знака в пределах всего земного шара. В таком случае в руках геологов оказывается весьма действенный метод сопоставления отложений и событий. Следует отметить, что причина геомагнитных инверсий пока еще не вышла за рамки гипотез, что не мешает геологам широко использовать эту особенность геомагнитного поля для корреляции отложений.

Магнитостратиграфическая шкала является, по существу, глобальной шкалой геомагнитной полярности за наблюдаемую часть геологической истории. В настоящее время проведены сотни тысяч, если не больше, определений прямой и обратной полярности в образцах горных пород различного возраста, датированных как с помощью изотопных радиологических методов, т. е. с получением абсолютного возраста породы, так и с помощью методов относительной геохронологии, т.е. палеонтологических методов.

Первая такая шкала была создана для последних 3,5 млн лет в 1963 г. А. Коксом, Р. Доллом и Г.Далримплом. В пределах этого интервала они установили две зоны прямой полярности (как современное поле) и одну зону обращенной. С тех пор составлено много магнитостратиграфических шкал, полнота и нижний возрастной предел которых все увеличивается, а само расчленение становится все более дробным.

Временные интервалы преобладания какой-либо одной полярности получили название геомагнитных эпох и части из них присвоены имена выдающихся геомагнитологов Брюнесса, Матуямы, Гаусса и Гильберта. В пределах эпох выделяются меньшие по длительности интервалы той или иной полярности, называемые геомагнитными эпизодами. Наиболее эффективно выявление интервалов прямой и обратной полярности геомагнитного поля было проведено для молодых, в геологическом смысле, лавовых потоков в Исландии, Эфиопии и в других местах. Недостаток этих исследований заключается в том, что излияние лав было прерывистым процессом, поэтому вполне возможен пропуск какого-либо магнитного эпизода.

Совсем другое дело, если измеряются магнитные свойства горных пород осадочной толщи в океанах при бурении глубоководных скважин, как, например, начиная с 1968 г. на специальном буровом судне «Гломар Челленджер», а позднее — «Джойдес Резолюшн». За это время пробурено уже свыше тысячи скважин в разных океанах и некоторые из них углубились в породы морского дна на 1,5 км.

Самое главное преимущество изучения магнитных свойств керна скважин (столбика высверленных пород) заключается в непрерывности стратиграфического разреза, когда нет пропуска в слоях и мы уверены в полноте геологической летописи. Анализ магнитных свойств образцов из пород океанского дна позволил составить детальную шкалу инверсий поля вплоть до поздней эпохи юрского периода включительно, т.е. интервала времени в 170 млн лет, что дало возможность реконструировать магнитное поле Земли за это время.

До рубежа в 570 млн лет, т.е. для всего фанерозоя, такая шкала тоже создана. Есть шкала и для рифея — венда (1,7 — 0,57 млрд лет), однако она ещё менее удовлетворительна. Остаточная намагниченность обнаруживается даже у архейских пород с возрастом 3,4 млрд лет. Распределение геомагнитных инверсий во времени характеризуется довольно сложной ритмичностью, состоящей как из длительных, так и кратковременных интервалов обращения знака поля.

Основными результатами палеомагнитных исследований являются следующие сведения:

1. Магнитное поле Земли существует, по крайней мере 3 млрд лет и его характеристики всегда были близки к современным, скорее всего магнитное поле имело дипольный характер.

2. В геологическом прошлом магнитное поле Земли многократно меняло свою полярность. Последний раз это произошло около 730 тыс. лет тому назад; смена полярности происходит одновременно по всей поверхности Земли примерно за 10 — 50 тыс. лет; постро­ена глобальная шкала инверсий на интервал 0—165 млн лет; пос­роены региональные магнитостратиграфические шкалы инверсий.

3. Установлено, что аномальное магнитное поле Земли в основном обусловлено намагниченными горными породами.

4. Координаты палеомагнитных полюсов, определенные по различным тектоническим блокам для одного и того же момента времени в геологическом прошлом, оказались различными, что свидетельствует об относительных перемещениях блоков;

5. На основании количественных данных о положении древних магнитных полюсов построены реконструкции положений блоков земной коры в прошлом.

6. Остаточная намагниченность лунных пород с возрастом 4,6 млрд лет возникла в магнитном поле, сравнимом с полем Земли, тогда как сейчас магнитное поле Луны в тысячи раз слабее земного.

7. Открыты магнитные поля планет: слабые — у Меркурия и Марса, сильные — у Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.

Перечисленные результаты имеют огромное значение не только для понимания происхождения магнитного поля Земли и его изменений во времени, но и для изучения стратиграфии и тектоники, для навигации, разведки полезных ископаемых, построения моделей эволюции Земли и планет, изучения их внутреннего строения и т.д.

Палеомагнитология тесно связана с другими областями наук — с физикой (физика твердого тела, физика магнитных явлений, кристаллофизика, магнитная гидродинамика и т. д.), химией (химия ферритов, изучение процессов окисления), геофизикой (внутреннее строение Земли и планет) и, конечно, с другими разделами геологии, в частности с кристаллографией, петрографией, литологией, стратиграфией и тектоникой.