（通訊員 溫琛）我院特任教授韓非以永利6774app手机版官网為第一單位在自然指數期刊Geophysical Research Letters發表題為《Marine magnetic anomalies enhanced by internal stress in rapidly cooled submarine》的研究成果。
地球洋殼剩磁産生的海底磁異常（MMA）信号記錄着地球磁場的方向和強度信息，為闆塊構造理論發展和地球磁場演化曆史重建提供了關鍵證據。大洋中脊玄武岩（MORB）剩磁是MMA最主要的來源，了解其載磁礦物的性質和剩磁記錄機制對我們更好地解譯并運用MMA信号意義重大。已有研究表明，MORB中主要載磁礦物是多疇（MD）尺寸的富钛钛磁鐵礦（TM60），理論模型顯示該類型钛磁鐵礦穩定記錄熱剩磁的時間短于幾十萬年，而實際觀測數據卻表明MMA記錄可長達160百萬年。那麼，MORB剩磁為何如此穩定，其機制是什麼？低溫氧化被認為是一個可能的解釋。但是，钛磁鐵礦的氧化會降低其剩磁強度，且低溫氧化模型結果與實際測量的洋殼剩磁強度變化并不一緻。因此，MORB剩磁記錄穩定性的增強機制仍是未解之謎。
為探索該謎題，研究人員對1993年噴發于東太平洋Juan de Fuca Ridge的枕狀玄武岩（樣品編号NF7）展開了系統的礦物學、高場岩石磁學和微磁模拟研究。電子探針分析和掃描電鏡觀察結果表明，NF7樣品钛磁鐵礦中钛含量在熔岩冷卻邊附近為0.4（TM40），在距表面2 cm以裡穩定在0.6（TM60）；钛磁鐵礦顆粒呈現樹枝狀或十字形狀，其尺寸在冷卻邊為幾十nm，在熔岩内部迅速增長到10 µm以上（圖1）。14T（特斯拉）高場磁滞回線數據表明，從表面到内部NF7所有樣品的Mrs/Ms< 0.5（圖1）。該高場數據不支持MORB表面樣品是由立方磁晶各向異性所主導的觀點。高分辨率一階反轉曲線（FORC）結果表明，從熔岩冷卻邊到内部，樣品均呈現單疇（SD）特征，且其各向異性由單軸磁晶各向異性逐漸向多軸磁晶各向異性轉變，該結果支持MORB中磁性礦物的磁性是由應力各向異性所主導。
圖1 NF7樣品的電鏡照片及14 T高場岩石磁學特征
研究人員将受應力主導的NF7樣品與不受應力樣品的磁學性質進行對比，發現NF7樣品的Mrs/Ms和TRM50µT/Ms（代表熱剩磁記錄能力）均是無内應力且同等尺寸、钛含量樣品的3倍左右，指示MORB樣品的内應力極大提高了其記錄剩磁的能力（圖2）。進一步對全球MORB與陸地噴發玄武岩樣品的天然剩磁（NRM）進行比較，發現2007個MORB樣品的NRM平均值（換算到赤道處地磁強度）是7.89 A/m，而177條陸地噴發玄武岩熔岩1275個樣品的NRM平均值是3.57 A/m。該研究推測MORB樣品中廣泛存在的内應力是引起MORB樣品NRM值較高的原因之一。
圖2 NF7樣品與無内應力樣品的載磁能力對比
為理解内應力增強剩磁記錄能力的機制，研究人員運用微磁模拟方法來表征拉伸應力對1 µm直徑TM60顆粒磁疇狀态的影響（圖3）。結果表明，在無應力條件下，TM60顆粒在～180 nm至250 nm尺寸範圍内從SD狀态過渡到SV狀态，而随着應力的增加，SD到SV狀态轉變的尺寸逐漸增大；至200 MPa時，SD狀态可在>1 µm的顆粒中出現。研究發現這種磁疇狀态的轉變可顯著提高顆粒的淨磁化強度，比如在50 MPa和200 MPa應力下，其淨磁化強度可分别增大2–5倍和35倍。微磁模拟的結果可以很好地解釋樣品的實測數據。從粒徑角度來講，NF7樣品的主要載磁礦物是MD尺寸（>3.5µm），但FORC圖卻顯示樣品為SD–SV狀态，作者認為應力引起的磁疇狀态轉變是導緻MD尺寸表現為SD–SV行為的根本原因，而這種磁疇狀态的轉變提高了磁性礦物所記錄剩磁的強度和穩定性。
圖3 微磁模拟應力對磁疇狀态的影響。結果顯示應力引起磁疇狀态的轉變可顯著提高磁性顆粒記錄剩磁的強度和穩定性。
MORB所攜帶剩磁是洋殼剩磁的主要貢獻者，因此該研究認為MORB樣品中應力引起的剩磁強度和穩定性的增強對提高整個洋殼剩磁的穩定性具有重要作用和深遠影響。另外，全球MMA觀測數據表明，慢速擴張的大西洋和印度洋洋中脊的磁異常變化幅度比快速擴張的東太平洋更為明顯，這種與擴張速率相關的磁異常現象一直以來沒有得到很好的解釋。相比于席狀玄武岩等其他形态的熔岩，枕狀玄武岩中應力更為明顯，其剩磁受應力影響更大。而噴發熔岩的形态與擴張速率密切相關，因此該研究認為應力模型可能為擴張速率相關的洋底磁異常現象提供一種更為合理的解釋（圖4）。
論文信息：Han, F., Wang, H., Lv, Y., Paterson, G.A., Biggin, A. J., Williams, W.,Yang T., et al. 2025. Marine magnetic anomalies enhanced by internal stress in rapidly cooled submarinebasalts.https://doi.org/10.1029/2025GL115045
圖4 計算得到的全球洋底枕狀玄武岩面積比例分布。該結果可解釋與擴張速率相關的海底磁異常現象。
作者簡介：韓非，永利6774app手机版官网特任教授，湖北省“楚天英才計劃”楚天學者。主要從事古地磁學、環境磁學和岩石磁學研究，尤其聚焦于晚白垩世重大地質環境變化與恐龍等生物的協同演化。目前正緻力于将古地磁學與岩石磁學方法應用于油氣勘探和開發領域。目前以第一作者在PNAS（美國科學院院刊）（封面文章）、GRL、GJI、Palaeo-3、地球物理學報等期刊發表SCI文章7篇。以合作者身份在Nature Astronomy、GRL、JGR: Solid Earth、JGR: Planets和Global and Planetary Change等期刊發表文章8篇。
（審核 朱光有 編輯 韓靜）
