简介

磁石历史

磁性矿物学研究

面向新千年的磁性矿物学研究

简介

磁性矿物学以各类岩石中所含磁性载体即赋于岩石以稳定剩余磁性的矿物为对象，研究矿物成分、晶体结构、磁学状态及其在不同物理化学条件下的变化。

磁石历史

被人类认识的最早并在实践中加以应用的磁性矿物是磁石，或在我国历史上被称为“慈石”的磁铁矿。两千年前中国人发明磁罗盘就是磁性矿物应用的典型范例。经过数百年的探索，到19世纪中叶，人们对自然界中由各种矿物组成的岩石具有磁性这一普遍现象有了清楚的认识，并开始对各种矿物的磁学性质进行深入的科学研究。结果发现，组成岩石的大多数矿物属于非磁性的，只有铁、钛的氧化物、氢氧化物及硫化物等有利于岩石的稳定剩磁。

磁性矿物学研究

以铁磁学为基础，观测矿物成分、颗粒大小与形状、氧化程度、磁畴结构等，研究矿物的磁学状态及其变化。表征矿物磁学性质的参数有磁化率、饱和磁化强度、矫顽力、居里温度等等。

自然界的各类岩石中最常见的磁性矿物有铁钛、铁锰氧化物及氢氧化物、铁的硫化物以及铁、钴、镍、合金等等。科学家们认为，这些矿物的磁学状态除铁钴镍及其合金之类属铁磁性外，其余则属反铁磁性（如钛铁矿、赤铁矿、针铁矿、钛尖晶石及陨硫铁等），或铁氧体性（如磁铁矿、磁赤铁矿、磁黄铁矿、锰尖晶石等）。其中铁氧体性的磁铁矿、磁赤铁矿的磁性最强。

处在不同物理、化学条件下获得剩磁的各类岩石有着不同的磁性载体。例如，大多数火成岩的磁性载体是钛磁铁矿和铁赤铁矿，纯铁和铁镍合金不多见，但月球岩石的磁学性质却与所含铁及其合金有关；深海沉积的主要磁性载体为钛磁铁矿；陆地沉积岩的磁性矿物学问题极为复杂，因为这些沉积物都是由原来的火成岩、沉积岩与变质岩的碎屑沉积而来。最新研究结果发现，某些大陆及海洋沉积的主要磁性载体可能是细菌磁铁矿。现已发现，有些超磁性细菌甚至在无空气、缺氧的环境下亦能生存。因此，生物起源的磁性矿物可能比原来想像的更普遍。此外，有些磁性矿物是通过自生和成岩作用形成的，但从根本上说，各类岩石所获稳定剩磁大多来源于携带剩磁的磁性矿物颗粒。所以火成岩中的钛铁氧化物一直是磁性矿物学研究的重点对象。

磁性矿物除在高温下形成固液体系列、低温时发生脱溶现象之外，还会在各种温度条件下发生氧化现象，这对磁性矿物的组合及结构都有一定的影响。此外，磁性矿物的化学变化有时会导致明显的磁性变化，即所谓的化学变化的磁效应。虽然这种效应有时不明显，但某些岩石的重磁化现象确实应认为是由自然界中发生的化学变化所带来的。

至于磁性矿物的颗粒大小、形状及矫顽力、居里温度等还与岩石的生成方式有着密切关系。

研究矿物的磁学性质、测定磁学参数的方法和仪器经数百年的发展至今正日趋完善。今天人们可以利用各种类型的光学及电子显微镜对人工合成及天然样品进行磁畴结构的观测，利用穆斯堡尔谱测定含铁矿物的氧化状态。此外，电子探针、X衍射、化学分析等手段都适于矿物成分的鉴定。

面向新千年的磁性矿物学研究

磁性矿物学研究的结果不仅是磁学、古磁学、岩石磁学等基础、应用基础研究的必不可少的基本数据，而且在磁性材料的开发应用中，特别是记录材料的研制中，有关矿物磁学性质的研究无疑具有广泛的应用前景，例如，在日常生活及科研工作中无处不用的磁盘、磁带等就极为重要，它的生产原料就是立方晶系的磁赤铁矿。