В 2014-2016 гг. под научным руководством Ведущего Ученого Ива Галле выполнялись исследования по Проекту “Эволюция геомагнитного поля и взаимодействие планетарных оболочек”. Для реализации этого проекта на базе Института Физики Земли РАН была организована лаборатория Археомагнетизма и эволюции магнитного поля. В состав лаборатории вошли, как уже известные исследователи, так и молодые сотрудники, только начинающие свою научную карьеру.

Перед Проектом стояли следующие основные задачи: 1. Создание новой лабораторной инфраструктуры и разработка новых методов; 2. Построение опорных кривых палеовековых вариаций геомагнитного поля для различных регионов России и разработка глобальной модели магнитного поля голоцена; 3. Изучение эволюции магнитного поля Земли в фанерозое и докембрии; 4. Изучение геодинамической эволюции Северной Евразии в фанерозое и позднем докембрии. Все основные задачи Проекта успешно решены.

 

Создана современная археомагнитная лаборатория, оборудованная передовой аппаратурой, позволяющей выполнять высокоточные исследования археологических артефактов и определять по ним напряженность древнего геомагнитного поля. Из молодых сотрудников Лаборатории подготовлен персонал, владеющий передовыми методами археомагнитных исследований и обладающий собственным (приобретенным в ходе выполнения Проекта) опытом решения археомагнитных задач. После установки и запуска трехосного магнитометра “Triaxe”, которые планируется осуществить в 2017-2018 гг., Лаборатория войдет в число лучших археомагнитных лабораторий мира.

 

В ходе исследований по теме Проекта получены следующие основные результаты:

1. Разработано и реализовано в коде программное обеспечение для управления автоматическим измерительным комплексом на базе криогенного магнитометра «ХрамовПалеомаг». В результате, существенно повышена стабильность и надежность работы комплекса, расширены его измерительные возможности;

2. Приобретена и запущена в работу измерительная система MicroMag™ 3900 Series Vibrating Sample Magnetometer (VSM) производства Princeton Measurements Corporation (США).

3. Проведена серия экспериментов, которые позволили оценить перспективы широко обсуждаемого метода регидроксилационного датирования (RHX). Получены результаты, которые указывают на существование серьезных ограничений для применения этого метода при датировании археологических артефактов.

4. Выполнено экспериментальное и теоретическое исследование свойств термохимической намагниченности, возникающей при изотермическом отжиге образцов горных пород, содержащих титаномагнетиты.  Показано, что данные по палеонапряженности, полученные по методике Телье-Коэ на образцах, содержащих TCRM, могут давать существенное занижение величины древнего поля. 

5. Изучены факторы, влияющие на свойства синтезированных гетитов. Выявлена зависимость размеров зерен гетита и степени его раскристаллизованности от условий эксперимента. Показано, что, хотя сами частицы гетита, осажденные из природных растворов, могут не вносить существенный вклад в формирование естественной намагниченности осадочных пород, их последующая дегидратация может приводить к образованию устойчивых магнитных фаз, свойства которых будут зависеть от свойств исходного гетита. 

6. Выполнена проверка согласованности результатов, получаемых статистическими и лабораторными методами оценки занижения наклонения в осадочных породах. Показано, что в ряде случаев, в зависимости от литологической характеристики пород, коэффициент занижения наклонения может достигать аномально низких значений.

7. Разработан и протестирован новый экспериментальный протокол по определению напряженности магнитного поля для коллекций, где наблюдается сильное влияние скорости создания термоостаточной намагниченности на конечный результат определения палеонапряженности.

8. Разработан оригинальный алгоритм, позволяющий генерировать распределения и временные последовательности палеомагнитных направлений для заданных моделей геомагнитного поля с заданным набором членов сферического гармонического разложения. На основе этого алгоритма создано ПО и инструкция по его использованию для широкого круга исследователей, работающих в области геомагнетизма.

9. На основе WEB-платформы – ScanEx Web Geomixer, ArcGIS Online создан итоговый ГИС-проект, включающий полученные в ходе работ по Проекту результаты мультидисциплинарных исследований, публикации и характеристику изученных объектов.

10. Отобраны и изучены колонки донных отложений ряда озер европейской части России. На основе полученных данных, для каждого из озер построены временные модели накопления осадков и дана оценка скоростей осадконакопления. Определены климатозависимые петромагнитные параметры, характеризующие влажность, температурные характеристики, изменения солености, геохимических условий осадконакопления и др. По вариациям этих параметров выполнена реконструкция голоценовых климатических изменений в соответствующих регионах. Полученные мастер-кривые существенно пополняют геомагнитную базу данных (БД) по голоцену Центральной России и Приуралья и, будучи сопоставлены с опубликованными лимномагнитными данными по озерам Восточной и Западной Европы, позволяют определить характерные особенности, описывающие изменения геомагнитного поля голоцена в региональном масштабе и в масштабе Европы в целом.

11. Впервые с использованием современной методики и приборной базы получены палеонаправления геомагнитного поля позднего голоцена (последние 4000 лет) для 13 стратиграфических уровней вулканитов Камчатки. На этой основе построена опорная кривая вековых вариаций геомагнитного поля Камчатки для этого времени. Выявлены периоды быстрой смены направления геомагнитного поля, например, 1.8-2.1 тыс. лет назад. Полученные результаты существенно наращивают геомагнитную БД для позднего голоцена Северной Пацифики и могут быть использованы при региональной корреляции позднеголоценовых вулканических событий в Центрально-Камчатской депрессии.

12. Выполнен значительный объем археомагнитных исследований в Европейской части России и на Среднем Востоке. По их результатам: a. Показано, что в интервале времени между XII и XVIII вв н.э. на Северо-Западе России отсутствовали сильные и быстрые вариации геомагнитного поля. Эволюция напряженности геомагнитного поля здесь в это время характеризовалась нисходящим трендом, на который накладывается несколько пиков небольшой амплитуды, каждый длительностью около 100 лет; b. Показано, что значения палеоинтенсивности, определенные по новгородским объектам, систематически меньше таковых, рассчитанных из моделей. Это означает, что современные глобальные модели геомагнитного поля все еще недостаточно точны для того, чтобы предсказывать значения элементов геомагнитного поля регионов слабо покрытых археомагнитными определениями; c. Показано, что на территории Татарстана между X и XIV вв н.э. существовала крупная геомагнитная аномалия, которая постепенно угасала (уходила) в течение последних нескольких столетий вплоть до XVIII в.; d. Построены региональные археомагнитные кривые эволюции напряженности геомагнитного поля, которые значительно детализируют представления об эволюции геомагнитного поля VII и VI тысячелетий до н.э. на территории Передней Азии и существенно уточняют археологическую информацию по древнейшим памятникам человеческой цивилизации; e. Выявлены эпизоды быстрых (десятки – первые сотни лет) вариаций напряженности геомагнитного поля на территории Ближнего Востока. Выявлен и подтвержден пик напряженности геомагнитного поля в этом регионе ~ 5200 лет до н.э.; подтверждена выявленная ранее на сирийских объектах тенденция снижения напряженности геомагнитного поля на протяжении 7-6 тысячелетий до н.э.; f. Существенно уточнены возрасты разрезов культурных отложений археологических памятников, находящихся на территории современной Сирии (Телль Халула, Телль Мазаикх) и Ирака (Ярым Тепе 2).

13. С опорой на археомагнитные данные, описывающие эволюцию дипольного момента геомагнитного поля в течение последних тысячелетий, показано, что частота солнечных максимумов и минимумов модулируется так называемыми циклами Холстатта с периодом около 2400 лет;

14. На основе изучения статистических характеристик распределения величин палеонапряженности в международной БД показано, что 10-15% определений поля ошибочны. Это связано, скорее всего, с ошибкой идентификации термоостаточной намагниченности, по которой, единственно, возможно корректное определение палеонапряженности. Предложена процедура оценки того, насколько декларированные величины ошибок измерения в рассматриваемых БД соответствуют реально присутствующим в данных неточностям;

 15. Изучены точность и устойчивость существующих моделей геомагнитного поля относительно коррекций имеющихся палеомагнитных БД при внесении в них результатов новых измерений. Выявлены недостатки и ограничения имеющейся методологии построения моделей. С учетом этого создан новый, свободный от технологических ограничений и вычислительных ошибок, алгоритм, позволяющий работать с большими объемами данных и варьировать типы спектрального преобразования;