저온변환에 따른 적철석의 자화안정도

Abstract

지난 10여 년간 미항공우주국 주도로 진행된 화성탐사 연구는 화성 암권의 주요 자성광물임을 적철석으로 판명하였다. 금번 연구에서는 적철석의 열잔류자화와 저온 실온포화잔류자를 이용하여 화성 암권에 존재하는 적철석의 자화안정도 검증을 시도하였다. 적철석의 실온포화잔류자화는 모린변환온도인 260 K를 기점으로 급격히 감소한다. 10 K까지 냉각시킨 적철석 시료를 가열하면 260~265 K에서 자화회복이 발생하며, 잔류자화기억도는 37%이다. 실제 화성지표의 일교차는 모린변환온도를 포함하므로, 화성 지표에서 적철석을 함유하는 암체의 자화는 모린변환에 의한 자화안정도가 고려되어야 한다. 지표용암의 고결과 동시에 생성되는 열잔류자화의 강도는 50 <TEX>${\mu}m$</TEX> 이하 크기에서 적철석 입자반경에 비례하며 증가한다. 화성의 온도구배가 관측된 적은 없지만, 지구의 온도구배를 기준으로 유추하면 대략 1.5 km 이하의 화성 암권은 모린변환온도와 무관하게 적철석의 자화보유가 상시 가능하다. 따라서 행성의 진화가 멈춰진 대략 40억 년 이전에 존재하던 내부기원의 화성자기장 기록이 화성의 암권에 현재까지 보전되어 화성 암권의 자기이상을 유지해온 것으로 해석된다. Recent progress in Martian exploration identified hematite as the major candidate for the strong magnetic anomalies observed in Martian lithosphere. In the present study, grain-size dependence of thermoremanent magnetization and low-temperature stability of room-temperature saturation isothermal remanent magnetization (RTSIRM) were monitored using synthetic hematites. For hematite, the antiferromagnetic spin configuration is re-arranged from being perpendicular to the c-axis to be parallel to the c-axis below the Morin transition (<TEX>$=T_M$</TEX>). A large fraction of RTSIRM is demagnetized at <TEX>$T_M$</TEX> (= 260 K) during zero-field cooling from 300 K to 10 K. About 37% of the initial RTSIRM is recovered on warming from 10 K to 300 K. Shallow Martian subsurface at 1~2 km depth would experience low-temperature cooling-warming of <TEX>$T_M$</TEX> because average Martian surficial temperature is about 220 K. However in most Martian lithosphere whose temperatures are higher than 260 K, the very stable magnetic memory of hematite could be a contributor to Martian magnetic anomalies.