Assessing paleomagnetic shallowing in basalts using magnetic fabrics

Stel je voor dat de aarde een gigantische, onzichtbare magnetische jas draagt. Deze jas is niet zomaar een statische deken; het is een dynamisch, verschuivend veld dat wordt gegenereerd diep in de kern van onze planeet, en dat werkt als een enorme kompasnaald die naar het noorden wijst. Voor wetenschappers is dit magnetische veld een tijdmachine. Wanneer gesteenten worden gevormd, fungeren minuscule magnetische mineralen daarin als microscopische kompassen die op hun plaats bevriezen om precies vast te leggen in welke richting het magnetische veld op dat exacte moment wees. Door deze "bevroren kompassen" in gesteenten uit verschillende tijdperken te bestuderen, kunnen onderzoekers in kaart brengen hoe het magnetische veld van de aarde gedurende miljoenen jaren is veranderd, wat ons helpt de diepe binnenkant van de planeet te begrijpen en zelfs te reconstrueren hoe continenten zijn gedreven.

Echter, er is een lastig probleem met het aflezen van deze oude kompassen. Soms komt de richting die het gesteente registreert niet overeen met waar de kompasnaald zou moeten hebben gewezen. Het is alsof de naald gekanteld of "ondiep" is, en meer naar de horizon wijst dan hij zou moeten doen. Wetenschappers weten al lang dat sedimentaire gesteenten (zoals modder en zand) hier vaak last van hebben, omdat de magnetische korrels kunnen worden samengedrukt of gekanteld terwijl het sediment bezinkt. Maar er is een tweede, vaak over het hoofd geziene verdachte: lavastromen. Wanneer gesmolten gesteente uitbarst en afkoelt, is het niet alleen een massief blok; het is een stromende rivier van magma. Terwijl het beweegt, kunnen de magnetische mineralen binnenin zich uitlijnen met de stroming, wat een verborgen "textuur" of structuur creëert. De grote vraag is: zou deze door stroming veroorzaakte uitlijning de magnetische kompasrichting kunnen bedriegen, waardoor de geregistreerde richting foutief lijkt, zelfs in gesteenten die bedoeld zijn als perfecte verslagen?

Dit is precies het mysterie dat Pedro Fernandes da Silva aanpakt in zijn studie naar een historische lavastroom uit 1761 op het eiland Terceira in de Azoren. Hij besloot te onderzoeken of de manier waarop de lava stroomde een magnetische "textuur" creëerde die de oude kompasrichtingen vertekende. Om dit te doen, keek hij niet alleen naar de magnetische richting; hij bracht ook de interne "korrel" van het gesteente in kaart met behulp van een techniek genaamd Anisotropy of Magnetic Susceptibility (AMS). Denk aan AMS als een manier om de textuur van het gesteente te voelen, waarbij je detecteert of de magnetische mineralen in een specifieke richting zijn uitgelijnd, net zoals de houtnerf langs een plank loopt.

De studie richtte zich op een goed blootgestelde wand van deze lavastroom uit 1761, waar het team 16 monsters verzamelde langs een traject van 30 meter. Ze bevestigden eerst dat de gesteenten bestonden uit titanomagnetiet, een veelvoorkomend magnetisch mineraal, en dat ze een stabiel, primair magnetisch record vasthielden van de tijd dat de lava afkoelde. Vervolgens vergeleken ze de richting van het magnetische veld die in de gesteenten werd geregistreerd (het paleomagnetisme) met de sterkte en richting van de interne textuur van het gesteente (de AMS).

De resultaten onthulden een duidelijke en fascinerende connectie. Het team ontdekte dat naarmate de magnetische textuur meer "uitgelijnd" of anisotroop werd (wat betekent dat de mineralen sterker door de stroming werden georiënteerd), de geregistreerde magnetische richting begon te verschuiven. Specifiek was er een lineaire relatie: hoe sterker de textuuruitlijning, hoe ondieper de geregistreerde magnetische inclinatie (de hoek die naar beneden in de aarde wijst) werd. In de meest extreme gevallen daalde de inclinatie met ongeveer 20 graden ten opzichte van de minder uitgelijnde monsters. Bovendien verschoof de magnetische declinatie (de kompasrichting) met de klok mee, waarbij deze de rotatie van de interne magnetische assen van het gesteente nauwgezet volgde.

Wanneer de onderzoekers hun monsters verdeelden in twee groepen—één met een lage textuuruitlijning en één met een hoge—zagen ze het verschil duidelijk. De groep met een lage uitlijning registreerde een steilere, meer "correcte" hoek die overeenkwam met wereldwijde magnetische modellen voor die periode. De groep met een hoge uitlijning vertoonde echter een aanzienlijk ondiepere hoek en een verschoven richting. Dit suggereert dat de stroming van de magma zelf het magnetische record fysiek heeft verdraaid. Het artikel betoogt dat dit niet slechts een kleine fout is; het is een significante bron van fouten die in veel studies waarschijnlijk over het hoofd is gezien.

Uiteindelijk concludeert het artikel dat analyse van de magnetische textuur een cruciale tool is die niet genegeerd mag worden. Het fungeert als een kwaliteitscontrole voor paleomagnetisme. Als je een magnetisch record ziet dat een beetje "af" of ondiep lijkt, kan het controleren van de interne textuur van het gesteente je vertellen of het gesteente zelf de boosdoener is. Door te begrijpen hoe de lava stroomde en hoe die stroming de magnetische mineralen uitlijnde, kunnen wetenschappers de betrouwbaarheid van hun oude kompasmetingen beter beoordelen en voorkomen dat ze de geschiedenis van het magnetische veld van de aarde verkeerd interpreteren.