Paläomagnetismus und Archäomagnetismus

1 Einleitung.- 1.1 Definition von Paläo- und Archäomagnetismus.- 1.2 Einordnung der Methoden innerhalb der Geophysik.- 1.3 Aussagemöglichkeiten über den früheren Zustand der Erde.- 1.4 Wechselbeziehungen mit Nachbardisziplinen.- 1.5 Maßsysteme, Einheiten.- 2 Methodische Grundlagen.- 2.1 Eigenschaften und Ursprung des Erdmagnetfeldes.- 2.1.1 Definition der Kenngrößen des Erdmagnetfeldes X,Y,H,Z,F,D,I und ihre Verknüpfungen.- 2.1.2 Ideales und reales Erdmagnetfeld.- 2.1.3 Nichtdipolanteile in Raum und Zeit (Säkularvariation).- 2.1.4 Kugelfunktionsentwicklung und zeitliche Änderungen der Feldgrößen.- 2.1.5 Theorien zum Ursprung des erdmagnetischen Feldes.- 2.2 Gesteinsmagnetische Grundlagen.- 2.2.1 Diamagnetismus, Paramagnetismus, Ferromagnetismus, Antiferromagnetismus und Ferrimagnetismus.- 2.2.1.1 Definition der Magnetisierung und des Diamagnetismus.- 2.2.1.2 Paramagnetismus.- 2.2.1.3 Ferromagnetismus.- 2.2.1.4 Antiferromagnetismus.- 2.2.1.5 Ferrimagnetismus.- 2.2.2 Definition magnetischer Kenngrößen (k,Hc,Js,..) der Ferro(i)magnetika.- 2.2.3 Anisotropie der Suszeptibilität.- 2.2.4 Selbstentmagnetisierung und magnetische Brechung.- 2.2.5 Kristallanisotropie und Magnetostriktion.- 2.2.6 SD-PSD-MD-Teilchen und ihre typischen Eigenschaften und Unterscheidungsmerkmale.- 2.3 Magnetische und strukturelle Eigenschaften natürlicher Ferrite.- 2.3.1 Magnetit.- 2.3.2 Ternäres System (FeO-TiO2-Fe2O3) und die Mischreihe der Titanomagnetite.- 2.3.3 Hämatit und Maghemit.- 2.3.4 Mischreihe der Hämo-Ilmenite.- 2.3.5 Nichtstöchiometrische Minerale im ternären System der Ti-Oxide, Titanomaghemite.- 2.3.6 Pyrrhotit und Greigit.- 2.3.7 Goethit.- 2.3.8 Methoden zur Identifikation von ferro(i)magnetischen Mineralphasen.- 2.4 Die Typen der remanenten Magnetisierung und ihre spezifischen Eigenschaften.- 2.4.1 Natürliche remanente Magnetisierung NRM.- 2.4.2 Thermoremanente Magnetisierung TRM.- 2.4.3 Partielle thermoremanente Magnetisierung PTRM.- 2.4.4 Chemische Remanenz CRM.- 2.4.5 Sedimentationsremanenz DRM.- 2.4.6 Postsedimentationsremanenz PDDRM.- 2.4.7 Piezoremanenz PRM.- 2.4.8 Viskose Remanenz VRM.- 2.4.9 Isothermale Remanenz IRM.- 2.4.10 Charakteristische Remanenz ChRM.- 2.4.11 Anhysteretische Remanenz ARM.- 2.4.12 Selbstumkehr einer remanenten Magnetisierung.- 2.4.13 Andere Remanenztypen.- 2.5 Typische magnetische Eigenschaften verschiedener Gesteine und archäologischer Materialien.- 2.5.1 Basalte und andere Ergußgesteine.- 2.5.2 Intrusivgesteine.- 2.5.3 Ganggesteine.- 2.5.4 Sandsteine.- 2.5.5 Tonsteine.- 2.5.6 Karbonatgesteine.- 2.5.7 Metamorphe Gesteine.- 2.5.8 Einfluß der Verwitterung.- 2.5.9 Sonstige Gesteine.- 2.5.10 Archäologisches Material.- 2.6 Verfahren zur Analyse einer remanenten Magnetisierung.- 2.6.1 Wechselfeldentmagnetisierung.- 2.6.2 Thermische Entmagnetisierung.- 2.6.3 Chemische Entmagnetisierung.- 2.6.4 Stoßwellenentmagnetisierung.- 2.6.5 Lowrie-Fuller-Test.- 2.6.6 Orthogonale Projektionen (Zijderveld-Diagramme) und Darstellung der Remanenzrichtungen im Schmidtschen Netz.- 2.6.7 Methode der Differenzvektoren.- 2.6.8 Methode der konvergierenden Großkreise.- 2.6.9 Mehrkomponentenanalyse.- 2.7 Alter einer Remanenz und radiometrische Alter.- 2.7.1 Faltungstest.- 2.7.2 Konglomerattest.- 2.7.3 Kontakttest.- 2.7.4 Thellier-Test.- 2.7.5 Reversal-Test.- 2.7.6 Beziehungen zwischen Remanenzalter und radiometrisch oder biostratigraphisch bestimmten Altern.- 2.8 Statistische Methoden zur Analyse von Remanenzrichtungen.- 2.8.1 Mittlere Richtungen und Fisher-Statistik.- 2.8.2 Fehlerfortpflanzung.- 2.8.3 Signifikanztests.- 2.8.4 Analyse und statistische Behandlung von Inklinationsdaten.- 2.9 Berechnung des virtuellen geomagnetischen Pols VGP und des virtuellen geomagnetischen Dipolmoments Mpal.- 2.9.1 VGP-Berechnung auf der Basis der Dipolhypothese.- 2.9.2 Statistische Behandlung der Pollagen.- 2.9.3 Berechnung des virtuellen Dipolmoments Mpal.- 2.10 Methoden zur Bestimmung der Paläointensität.- 2.10.1 Methode unter Verwendung der TRM (Methode Thellier).- 2.10.2 Methode unter Verwendung der ARM (Methode Shaw).- 2.10.3 Methode unter Verwendung der DRM.- 2.11 Probenentnahme und Meßgeräte im Paläomagnetismus und Archäomagnetismus.- 2.11.1 Kriterien für die Auswahl von Beprobungsorten.- 2.11.2 Statistische Minimalanforderungen.- 2.11.3 Bestimmung der horizontalen Referenzebene und einer Referenzrichtung.- 2.11.4 Entnahme von orientierten Handstücken.- 2.11.5 Entnahme von Kernen mit Diamantbohrern und Kolbenloten.- 2.11.6 Probenentnahme bei archäologischen Fundorten.- 2.11.7 Laborgeräte zur Messung magnetischer Parameter.- 2.11.7.1 Messung der remanenten Magnetisierung.- 2.11.7.2 Messung der Suszeptibilität und ihrer Anisotropie.- 2.11.7.3 Messung der Koerzitivkraft Hc.- 2.11.7.4 Messung der Curie-Temperatur Tc.- 2.11.8 Geräte zur Entmagnetisierung von Proben.- 2.11.8.1 Wechselfeldentmagnetisierung.- 2.11.8.2 Thermische Entmagnetisierung.- 2.11.8.3 Chemische Entmagnetisierung.- 2.11.8.4 Spulensysteme für die Kompensation des erdmagnetischen Feldes.- 2.11.8.5 Magnetische Abschirmung.- 2.12 Mikroskopie und Mößbauer-Spektroskopie.- 2.12.1 Erzmikroskopie: Dünnschliffe, Anschliffe.- 2.12.2 Rasterelektronenmikroskopie REM.- 2.12.3 Transmissionselektronenmikroskopie TEM.- 2.12.4 Mößbauer-Spektroskopie.- 3 Ergebnisse des Paläo- und Archäomagnetismus.- 3.1 Geometrie des Erdmagnetfeldes.- 3.1.1 Hypothese vom axialen geozentrischen Dipol.- 3.1.2 Archäosäkularvariation.- 3.1.3 Quartäre Säkularvariation.- 3.1.4 Paläosäkularvariation.- 3.1.5 Exkursionen des Erdmagnetfeldes.- 3.2 Polwanderungskurven größerer Kontinentalschollen.- 3.2.1 Scheinbare oder echte Polwanderung?.- 3.2.2 Scheinbare Polwanderungskurven der großen Kontinentalschollen.- 3.2.3 Scheinbare Polwanderungskurven von Mikroplatten.- 3.3 Feldumkehr und Polaritätszeitskalen.- 3.3.1 Selbstumkehr der Remanenz oder Feldumkehr?.- 3.3.2 Polaritätszeitskala der letzten 0.7 Ma.- 3.3.3 Polaritätszeitskala der letzten 5 Ma.- 3.3.4 Polaritätszeitskala der letzten 150 Ma.- 3.3.5 Polaritätszeitskalen der früheren geologischen Vergangenheit.- 3.3.6 Feldverhalten während einer Feldumkehr.- 3.3.7 Statistik der Feldumkehrungen.- 3.4 Paläointensität des Erdmagnetfeldes.- 3.4.1 Ergebnisse von archäologischen Proben.- 3.4.2 Paläointensitäten der geologischen Vergangenheit.- 3.4.3 Paläointensität während einer Feldumkehr.- 4 Anwendung des Paläomagnetismus auf geologische, petrologische und archäologische Fragestellungen.- 4.1 Anwendungen in der Geologie und der Tektonik.- 4.1.1 Paläorekonstruktion von Kontinentverteilungen.- 4.1.2 Paläobreitenbestimmungen von Krustenblöcken.- 4.1.3 Nachweis von Rotationsbewegungen.- 4.1.4 Altersbestimmung mit Hilfe der scheinbaren Polwanderungskurven.- 4.1.5 Datierung mit der Magnetostratigraphie.- 4.2 Gesteinsmagnetische Untersuchungen.- 4.2.1 Suszeptibilität und Magnetitgehalt.- 4.2.2 Anisotropie der magnetischen Suszeptibilität.- 4.2.3 Messung magnetischer Eigenschaften bei tiefen Temperaturen.- 4.2.4 Koenigsbergerscher Q-Faktor.- 4.2.5 Js/T-Kurven zur Identifikation von ferro(i)magnetischen Mineralien.- 4.2.6 IRM-Erwerbskurven und Entmagnetisierung der IRMs mit Wechselfeldern und thermisch.- 4.3 Anwendungen in der Archäologie.- 4.3.1 Datierung mit Hilfe von Standardkurven der Inklination und Deklination.- 4.3.2 Rekonstruktion archäologischer Objekte.- 5 Bibliographie.- 5.1 Gesteinsmagnetismus, Mineralogie.- 5.2 Paläomagnetismus und Archäomagnetismus.- 5.3 Zitierte Literatur.- Programme.