Laboratoř magnetismu hornin

Laboratoř magnetismu hornin na Ústavu geologie a paleontologie PřF UK

Laboratoř magnetismu hornin je špičkově vybavené pracoviště, které disponuje všemi zařízeními nezbytnými pro odběr, zpracování a měření vzorků pro studium magnetických vlastností hornin. Pro odběr orientovaných vzorků (vrtných jader) v terénu používáme speciálně upravené motorové vrtačky Tanaka TED-262 a Hitachi DW25EF propojené s výplachovým zařízením. Laboratoř dále disponuje stojanovou vrtačkou OPTIdrill B 32 pro odběr vzorků z orientovaných bloků hornin a speciálně upravenou pilou na přípravu orientovaných válečků. Vzorky jsou měřeny na modelu kapamůstku AGICO KLY5 s 3D rotátorem a s přídavnými moduly CS-4 a CS-L pro měření závislosti magnetické susceptibility na teplotě. V roce 2020 byla laboratoř přestěhována do nových prostor a rozšířena o nový systém AGICO JR-6A (magnetometr), LDA5 (demagnetizér) a PAM1 (magnetizér). Naměřená data jsou statisticky zpracovávána pomocí software firmy AGICO Brno.

Vznik této laboratoře v roce 2010 byl umožněn díky investici Přírodovědecké fakulty UK. Finanční prostředky na nákup kapamůstku a přídavných modulů ve výši téměř 2 milióny Kč byly hrazeny geologickou sekcí PřF UK. Nákup nového sytému JR-6A, LDA5 a PAM1 byl v roce 2020 spolufinancován projektem ERDF2 (CZ.02.2.67/0.0/0.0/18_057/0013298) Operačního programu Výzkum, vývoj a vzdělávání Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy a Ústavem geologie a paleontologie. Celková investice do laboratoře přesáhla 5,7 milionu korun (bez započítání ceny konstrukčních prací, nábytku a dalšího nezbytného vybavení). Velkým přínosem je rovněž úzká spolupráce s firmou AGICO Brno (Advanced Geoscience Instruments Company; www.agico.com), která je předním světovým výrobcem geofyzikálních přístrojů.

Kappamůstek KLY-5

Kapamůstek KLY5 od firmy AGICO slouží k měření magnetické susceptibility (veličina, která popisuje závislost magnetizace látky na směru a intenzitě magnetického pole) a její anizotropie (tedy změny susceptibility v různých směrech) v pevných materiálech, např. v horninách či stavebních a technických materiálech. Jedná se o v současné době nejpřesnější komerčně vyráběný přístroj tohoto typu na světě, který umožňuje ve velmi krátkém čase změřit susceptibilitu na velkých sadách vzorků s extrémní přesností. Změření jednoho vzorku trvá necelé 2 minuty, citlivost přístroje se pohybuje v řádu 10^–8. Oproti předchozím modelů, měří kappamůstek KLY5 dvě fáze magnetické susceptibility, tzv. in-phase a out-of-phase susceptibilitu. In-phase anisotropie magnetické susceptibility (ipAMS), neboli „klasická“ anisotropie magnetické susceptibility (AMS) je schopna detekovat vnitřní stavbu horniny, která pramení ze všech minerálů v měřeném vzorku (diamagnetické, paramagnetické a feromagnetické). Naproti tomu, metoda out-of-phase anisotropie magnetické susceptibility (opAMS) dokáže měřit magnetické substavby, které jsou důsledkem přednostní orientace určitých minerálů, jako například pyrhotin, hematit, nebo ultra jemnozrnný magnetit. 

Kapamůstek je dále propojen se zařízeními CS-4 a CS-L, které umožňují měření závislosti magnetické susceptibility na teplotě. Měření probíhá ve dvou krocích, kdy je napřed práškový vzorek zmrazen na teplotu kapalného dusíku (ca. –196 °C) a postupně spontánně zahříván na pokojovou teplotu. Ve druhém kroku je vzorek zahřívám až do teploty 700 °C a dále chlazen zpět do pokojové teploty. Druhý krok měření probíhá v argonové atmosféře, což minimalizuje efekt vysokoteplotní oxidace minerálů. Tato metoda je nezbytná k identifikaci minerálů, které dominují zdroj signálu anisotropie magnetické susceptibility (AMS). Metoda AMS se v geologických vědách nejvíce využívá pro analýzu a kvantifikaci vnitřní stavby, deformace a toku geologických těles a umožňuje studovat i velmi jemnozrnné horniny, u kterých by studium stavby pomocí jiných metod bylo velice obtížné.

Automatický rotační magnetometr JR-6A

Magnetometr JR-6A společnosti AGICO je nejcitlivější a nejpřesnější instrument pro měření remanentní magnetizace horninových a půdních vzorků, založený na klasických principech (ne-kvantový a ne-kryogenický). Přístroj vyniká vysokou citlivostí, což umožňuje měření vzorků i s velmi nízkou remanentní magnetizací (např. vápence a kvarcity) a detekuje více než 11 řádů magnetického pole (10-6–104 A/m). LDA5 představuje poslední model přístroje umožňující demagnetizaci hornin a půd ve střídavém poli až do výše 200 mT. LDA5 disponuje třemi režimy střídavého pole a operuje při čtyřech rychlostech měření. Postupná demagnetizace ve střídavém poli je jedna z hlavních metod používaná v paleomagnetismu za účelem izolace komponent přirozené remanentní magnetizace hornin z doby jejich vzniku (krystalizace magmatu, uložení sedimentární horniny). Magnetizér PAM1 je doplněk demagnetizéru LDA5, který dokáže cíleně magnetizovat (anhysterezně, pulzně, nebo izotermálně) horninový vzorek. Kontrolovaný přírůstek magnetizace je nezbytný k identifikaci různých magnetických minerálů využívaných během studia anisotropie magnetické susceptibility (AMS) a paleomagnetismu. Různá délka pulzů pole umožňuje kvantifikaci viskózních komponent izotermální magnetizace, což vede k identifikaci magnetických částic. Automatická změna pozice vzorku usnadňuje určení anizotropie magnetické remanence (AMR), což reflektuje přednostní orientaci feromagnetických minerálů a je tudíž doplňuje kapamůstek KLY-5 využívaný pro měření AMS.

Poslání a cíle

Hlavním cílem Laboratoře je rozvoj vědeckého výzkumu v oboru magnetismu hornin na půdě Přírodovědecké fakulty UK, a to zejména rozšíření a vývoj aplikací metody anizotropie magnetické susceptibility (AMS) v geologických vědách.

Podmínky pro měření v laboratoři

Laboratoř je určena zejména pro nekomerční vědecké využití především ze strany zaměstnanců a studentů Přírodovědecké fakulty UK. Vzhledem k minimálním nákladům na běžný provoz je měření v laboratoři pro bakalářské a magisterské studenty fakulty zdarma. Ceník prací pro doktorandy a akademické pracovníky fakulty s GAUK/GAČR nebo jiným projektem je k dispozici na vyžádání emailem. Podmínkou je však striktní dodržování předem stanovených právních podmínek a laboratorního řádu (podmínky budou poskytnuty na požádání a uživatel potvrdí souhlas svým podpisem). Porušení pravidel povede k vyřazení z měřícího procesu.

Rezervace termínu pro měření v Laboratoři

Zájemci o měření na kapamůstku si mohou rezervovat určitý termín prostřednictvím emailu.

Kontakt

Filip Tomek
Email: filip.tomek@natur.cuni.cz
Telefon: +420 22195 1465