第六章磁性礦物(編輯修改稿)
2025-07-24 02:37 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 7S8－Fe11S12）。這兩種礦物都呈亞鐵磁性，并產(chǎn)出于還原環(huán)境中。他們都較為容易被氧化呈各種鐵的氧化物，同時(shí)生成黃鐵礦。單斜磁黃鐵礦（Fe7S8）的居里溫度約為325176。C（，），在~35 K時(shí)發(fā)生磁性轉(zhuǎn)換，因此，可以利用低溫磁性測量檢測單斜磁黃鐵礦（Fe7S8）的存在（）。六方磁黃鐵礦在~200176。C時(shí)會(huì)經(jīng)歷從不完全反鐵磁性到鐵磁性的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，并且飽和磁化強(qiáng)度大大升高。熱磁分析過程中，由于晶體膨脹（the expansion of the crystal）導(dǎo)致稍低于居里溫度處磁化強(qiáng)度急劇升高出現(xiàn)尖銳的峰值（）。膠黃鐵礦的最大阻擋溫度約為330176。C 。：磁赤鐵礦化對Verwey轉(zhuǎn)換的影響。a) 粒度為37的磁鐵礦在10 K獲得的飽和剩磁的升溫曲線。b) 部分氧化的磁鐵礦在10 K獲得的飽和剩磁的升溫曲線。（數(shù)據(jù)來自O(shè)zdemir et al., 1993）。：單斜磁黃鐵礦的低溫磁性轉(zhuǎn)換。（據(jù)Snowball amp。 Torrii, 1999）。：單斜磁黃鐵礦（a）、六方磁黃鐵礦（b）以及兩者的混合物（c）的熱磁曲線。（據(jù) Dekkers, 1988）。 火成巖中鐵鈦氧化物的產(chǎn)生和改造從硅酸鹽熔體中結(jié)晶的鐵鈦氧化物的成分和相對比例與許多因素有關(guān)，如硅酸鹽熔體的化學(xué)成分、氧逸度、冷卻速率，等等。并且，冷卻后的最終產(chǎn)物可能被改造。通常，鎂鐵質(zhì)火山巖（如，玄武巖）的鐵鈦含量要比硅質(zhì)熔巖（如，流紋巖）高得多。在硅質(zhì)熔體中，鐵鈦氧化物存在于第一個(gè)液相中（~1000176。C），而在鎂鐵質(zhì)熔巖中，鐵鈦氧化物通常形成于最后的相中（~1050176。C），而且往往于斜長石和輝石伴生。鈦磁鐵礦中鈦的含量變化很大。通常，從硅質(zhì)熔體中結(jié)晶的鈦磁鐵礦的鈦含量要比從其他熔體中結(jié)晶形成的鈦磁鐵礦中鈦的含量要高（）。－（ x ）、初始成分接近TM60（x=），這是許多洋殼的特征。從硅酸鹽熔體中結(jié)晶的菱面體相（紅色斷線）的y值范圍較小，對多數(shù)熔巖來說，－（ y ）通常，巖石中最終的磁性礦物組合受到冷卻速率和結(jié)晶初始階段氧逸度的強(qiáng)烈影響。作為一級(jí)近似，我們將緩慢冷卻的巖石（這種巖石可能經(jīng)歷了固熔體出溶和/或后期氧化作用）與礦物被快速淬火的巖石區(qū)分開。前面已經(jīng)提及，如果氧逸度不足，緩慢冷卻的火成巖中的鐵鈦氧化物常常有出溶片晶，并且呈現(xiàn)低鈦和高鈦磁鐵礦和帶狀結(jié)構(gòu)。這種反應(yīng)石非常緩慢的，因此在自然界中很少見。緩慢冷卻的巖石的典型情況是，在冷卻結(jié)晶過程中，隨著巖漿分異程度的增加，系統(tǒng)氧化程度增加。例如，巖漿水的析出（the dissociation of magmatic water）和富鐵硅酸鹽的結(jié)晶都會(huì)增加氧化程度，其結(jié)果將產(chǎn)生高z值成分（）。由于增加的O2驅(qū)動(dòng)反應(yīng)向右進(jìn)行，最后的礦物組合通常由鐵鈦礦片晶和幾乎純的磁鐵礦組成。這一過程稱之為氧出溶作用（oxyexsolution）。在更加氧化的條件下，這些礦物相最終將被更加氧化的成分（例如，赤鐵礦，鐵板鈦礦pseudobrookite）取代。地表?xiàng)l件下的風(fēng)化作用或者中溫?zé)嵋旱母脑炜蓪?dǎo)致缺陽離子磁赤鐵礦（鈦磁赤鐵礦）的產(chǎn)生。這一過程是這樣發(fā)生的，通過氧加入到尖晶石結(jié)構(gòu)中，同時(shí)Fe2+被氧化成 Fe3+以保持電荷平衡；或者通過從去除晶體結(jié)構(gòu)中一些八面體位置的鐵來實(shí)現(xiàn)。 土壤和沉積物中的磁性礦物火成巖是沉積巖中各種成分的最終物源，但是，生物作用或者低溫成巖作用將改造火成巖的成分，并且對沉積物中的磁性礦物有重要影響，結(jié)果導(dǎo)致沉積物中的磁性礦物五彩繽紛、復(fù)雜多樣。來自火成巖，被輸入到沉積環(huán)境中的鈦磁鐵礦可能經(jīng)歷酸堿度和氧化還原條件的改變從而是其不穩(wěn)定，進(jìn)而被改造。并且，相對與磁鐵礦穩(wěn)定存在的條件來說，雖然海水地球化學(xué)條件通常是氧化的，但是，隨著埋深增加，有機(jī)質(zhì)逐漸分解，沉積物的氧化還原條件會(huì)發(fā)生顯著變化。這種氧化還原條件的變化可能在局部產(chǎn)生強(qiáng)還原環(huán)境，從而導(dǎo)致磁鐵礦被溶解和自生硫化物生成。實(shí)際上，沉積物中亞鐵磁性礦物含量和空隙水地球化學(xué)性質(zhì)隨深度的變化通常意味著，在海相沉積層序中，這一過程（指局部強(qiáng)還原環(huán)境）是很常見的。例如，沉積物磁性（例如，磁化率，IRM，ARM，等等）的減弱往往起因于沉積物中磁鐵礦的溶解和/或非磁性硫化物的生成。沉積物還有更有趣的磁性礦物，那就是趨磁細(xì)菌產(chǎn)生的細(xì)菌成因磁鐵礦（）。如果將生物成因磁鐵礦的大小和形狀投到第三章的Evans圖上，將顯示，趨磁細(xì)形成的磁鐵礦的粒度位于單疇范圍，這在自然界是非常稀少的。在沉積物中，細(xì)菌成因磁鐵礦似乎是很常見的，但是，對于它對天然剩磁的貢獻(xiàn)，目前我們?nèi)灾跎佟＃夯鸪蓭r中的鐵鈦氧化物。（數(shù)據(jù)來自Frost amp。 Lindsley, 1991）。：趨磁細(xì)菌產(chǎn)生的細(xì)菌成因磁鐵礦的顯微照片。a) 活的細(xì)菌體內(nèi)完整的磁小體（Fassbinder et al., 1990）。b) 巴哈馬ODP site 1006D 中獲得的磁小體鏈（Hounslow in Maher amp。 Thompson, 1999）。：磁性礦物的物理性質(zhì)磁鐵礦Fe3O4密度 = 5197 kg m3居里溫度 = 580176。C 飽和磁化強(qiáng)度= 92 Am2kg1 各向異性常數(shù)= Jkg1 體積磁化率= ~1 SI 典型的矯頑力值 10’s of mT Verwey轉(zhuǎn)換溫度: 110120 K晶胞參數(shù)cell edge = nm Dunlop and Ozdemir [1997]Dunlop and Ozdemir [1997]O’Reilly [1984]Dunlop and Ozdemir [1997]O’Reilly [1984]O’Reilly [1984]Ozdemir and Dunlop [1993]Dunlop and Ozdemir [1997]磁赤鐵礦gFe2O3密度 = 5074 kg m3居里溫度 = 590675176。C 飽和磁化強(qiáng)度
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