Магнитная минералогия — это изучение магнитных свойств минералов . Вклад минерала в общий магнетизм породы сильно зависит от типа магнитного порядка или беспорядка. Магнитно-неупорядоченные минералы ( диамагнетики и парамагнетики ) вносят слабый магнетизм и не имеют остаточной намагниченности . Более важными минералами для магнетизма горных пород являются минералы, которые могут быть магнитно упорядочены, по крайней мере, при некоторых температурах. Это ферромагнетики , ферримагнетики и некоторые виды антиферромагнетиков . Эти минералы имеют гораздо более сильную реакцию на поле и могут иметь остаточную намагниченность.
Большинство минералов без содержания железа являются диамагнитными. [1] Некоторые такие минералы могут иметь значительную положительную магнитную восприимчивость , например серпентин , [2], но это происходит потому, что минералы имеют включения, содержащие сильномагнитные минералы, такие как магнетит . Восприимчивость таких минералов отрицательна и мала (таблица 1).
Большинство железосодержащих карбонатов и силикатов парамагнитны при всех температурах. [1] Некоторые сульфиды парамагнитны, но некоторые сильно магнитны (см. ниже). Кроме того, многие из сильно магнитных минералов, обсуждаемых ниже, парамагнитны выше критической температуры ( температуры Кюри или температуры Нееля ). В таблице 2 приведены восприимчивости для некоторых железосодержащих минералов. Восприимчивости положительны и на порядок или более больше диамагнитных восприимчивостей.
Многие из важнейших магнитных минералов на Земле являются оксидами железа и титана . Их составы удобно представлять на тройном графике с осями, соответствующими пропорциям Ti 4+ , Fe 2+ , и Fe 3+ . Важные области на диаграмме включают титаномагнетиты , которые образуют линию составов Fe 3− x Ti x O 4 для x между 0 и 1. На конце x = 0 находится магнетит , в то время как состав x = 1 представляет собой ульвошпинель . Титаномагнетиты имеют кристаллическую структуру обратной шпинели и при высоких температурах представляют собой ряд твердых растворов . Кристаллы, образованные из титаномагнетитов путем окисления с дефицитом катионов, называются титаномаггемитами , важным примером которых является маггемит . Другой ряд, титаногематиты , имеют гематит и ильменит в качестве своих конечных членов, и поэтому также называются гемоильменитами . [1] Кристаллическая структура гематита тригонально - гексагональная . Он имеет тот же состав, что и маггемит ; чтобы различать их, их химические формулы обычно приводятся как γ Fe 2 O 3 для гематита и α Fe 2 O 3 для маггемита.
Другим важным классом сильномагнитных минералов являются сульфиды железа , в частности грейгит и пирротин .
Внеземные среды, в которых мало кислорода, имеют тенденцию содержать очень мало Fe 3+ . Первичная магнитная фаза на Луне - феррит , объемно-центрированная кубическая (ОЦК) фаза железа. По мере уменьшения доли железа кристаллическая структура меняется с ОЦК на гранецентрированную кубическую (ГЦК). Смеси никеля и железа имеют тенденцию распадаться на смесь богатого железом камасита и бедного железом тэнита . [3] : 27