（通讯员 温琛）我院特任教授韩非以长江大学为第一单位在自然指数期刊Geophysical Research Letters发表题为《Marine magnetic anomalies enhanced by internal stress in rapidly cooled submarine》的研究成果。

地球洋壳剩磁产生的海底磁异常（MMA）信号记录着地球磁场的方向和强度信息，为板块构造理论发展和地球磁场演化历史重建提供了关键证据。大洋中脊玄武岩（MORB）剩磁是MMA最主要的来源，了解其载磁矿物的性质和剩磁记录机制对我们更好地解译并运用MMA信号意义重大。已有研究表明，MORB中主要载磁矿物是多畴（MD）尺寸的富钛钛磁铁矿（TM60），理论模型显示该类型钛磁铁矿稳定记录热剩磁的时间短于几十万年，而实际观测数据却表明MMA记录可长达160百万年。那么，MORB剩磁为何如此稳定，其机制是什么？低温氧化被认为是一个可能的解释。但是，钛磁铁矿的氧化会降低其剩磁强度，且低温氧化模型结果与实际测量的洋壳剩磁强度变化并不一致。因此，MORB剩磁记录稳定性的增强机制仍是未解之谜。

为探索该谜题，研究人员对1993年喷发于东太平洋Juan de Fuca Ridge的枕状玄武岩（样品编号NF7）展开了系统的矿物学、高场岩石磁学和微磁模拟研究。电子探针分析和扫描电镜观察结果表明，NF7样品钛磁铁矿中钛含量在熔岩冷却边附近为0.4（TM40），在距表面2 cm以里稳定在0.6（TM60）；钛磁铁矿颗粒呈现树枝状或十字形状，其尺寸在冷却边为几十nm，在熔岩内部迅速增长到10 µm以上（图1）。14T（特斯拉）高场磁滞回线数据表明，从表面到内部NF7所有样品的M_rs/M_s< 0.5（图1）。该高场数据不支持MORB表面样品是由立方磁晶各向异性所主导的观点。高分辨率一阶反转曲线（FORC）结果表明，从熔岩冷却边到内部，样品均呈现单畴（SD）特征，且其各向异性由单轴磁晶各向异性逐渐向多轴磁晶各向异性转变，该结果支持MORB中磁性矿物的磁性是由应力各向异性所主导。

图1 NF7样品的电镜照片及14 T高场岩石磁学特征

研究人员将受应力主导的NF7样品与不受应力样品的磁学性质进行对比，发现NF7样品的M_rs/M_s和TRM_50µT/M_s（代表热剩磁记录能力）均是无内应力且同等尺寸、钛含量样品的3倍左右，指示MORB样品的内应力极大提高了其记录剩磁的能力（图2）。进一步对全球MORB与陆地喷发玄武岩样品的天然剩磁（NRM）进行比较，发现2007个MORB样品的NRM平均值（换算到赤道处地磁强度）是7.89 A/m，而177条陆地喷发玄武岩熔岩1275个样品的NRM平均值是3.57 A/m。该研究推测MORB样品中广泛存在的内应力是引起MORB样品NRM值较高的原因之一。

图2 NF7样品与无内应力样品的载磁能力对比

为理解内应力增强剩磁记录能力的机制，研究人员运用微磁模拟方法来表征拉伸应力对1 µm直径TM60颗粒磁畴状态的影响（图3）。结果表明，在无应力条件下，TM60颗粒在～180 nm至250 nm尺寸范围内从SD状态过渡到SV状态，而随着应力的增加，SD到SV状态转变的尺寸逐渐增大；至200 MPa时，SD状态可在>1 µm的颗粒中出现。研究发现这种磁畴状态的转变可显著提高颗粒的净磁化强度，比如在50 MPa和200 MPa应力下，其净磁化强度可分别增大2–5倍和35倍。微磁模拟的结果可以很好地解释样品的实测数据。从粒径角度来讲，NF7样品的主要载磁矿物是MD尺寸（>3.5µm），但FORC图却显示样品为SD–SV状态，作者认为应力引起的磁畴状态转变是导致MD尺寸表现为SD–SV行为的根本原因，而这种磁畴状态的转变提高了磁性矿物所记录剩磁的强度和稳定性。

图3 微磁模拟应力对磁畴状态的影响。结果显示应力引起磁畴状态的转变可显著提高磁性颗粒记录剩磁的强度和稳定性。

MORB所携带剩磁是洋壳剩磁的主要贡献者，因此该研究认为MORB样品中应力引起的剩磁强度和稳定性的增强对提高整个洋壳剩磁的稳定性具有重要作用和深远影响。另外，全球MMA观测数据表明，慢速扩张的大西洋和印度洋洋中脊的磁异常变化幅度比快速扩张的东太平洋更为明显，这种与扩张速率相关的磁异常现象一直以来没有得到很好的解释。相比于席状玄武岩等其他形态的熔岩，枕状玄武岩中应力更为明显，其剩磁受应力影响更大。而喷发熔岩的形态与扩张速率密切相关，因此该研究认为应力模型可能为扩张速率相关的洋底磁异常现象提供一种更为合理的解释（图4）。

论文信息：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

图4 计算得到的全球洋底枕状玄武岩面积比例分布。该结果可解释与扩张速率相关的海底磁异常现象。

作者简介：韩非，长江大学地球科学学院特任教授，湖北省“楚天英才计划”楚天学者。主要从事古地磁学、环境磁学和岩石磁学研究，尤其聚焦于晚白垩世重大地质环境变化与恐龙等生物的协同演化。目前正致力于将古地磁学与岩石磁学方法应用于油气勘探和开发领域。目前以第一作者在PNAS（美国科学院院刊）（封面文章）、GRL、GJI、Palaeo-3、地球物理学报等期刊发表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等期刊发表文章8篇。

（审核 朱光有 编辑 韩静）