Г. Магнитные свойства минерала

Магнитные свойства минералов определяются магнитными свойствами составляющих их атомов и магнитной структурой минералов (расположение атомов). По существу, все минералы являются магнетиками, они способны намагничиваться в магнитном поле. Эта способность проявляется у минералов, содержащих атомы с собственным магнитным моментом, обусловленным наличием не спаренных электронов. Это: Fe ²⁺, Mn²⁺, Fe³⁺, Mn³⁺, Mn⁴⁺, Sr²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, TR³⁺, U⁴⁺.Степень намагниченности характеризуется вектором намагниченности (J), который равен магнитному моменту единицы объёма. Основной характеристикой магнитных свойств минералов является магнитная восприимчивость (χ), которая определяется отношением вектора намагничения (J) к напряжённости магнитного поля (Н):

χ =J/Н.

По магнитности минералы делятся следующим образом.

1. Диамагнитные – атомы минерала не имеют собственного магнитного момента. Магнитная восприимчивость диамагнитных минералов небольшая и отрицательная (χ<0), например, галит, самородная Cu, самородный висмут.

2. Парамагнитные содержат как основную составную часть или примеси атомы с собственным магнитным моментом. В магнитном поле они имеют слабую намагниченность в направлении магнитного поля. Магнитная восприимчивость парамагнитных минералов небольшая (χ =10^-3 – 10^-6) и положительная, например, пирит, сфалерит.

3. Ф ерромагнитные содержат большое количество атомов с собственным магматическим моментом. В магнитном поле намагниченность ферромагнитных минералов сильная, а восприимчивость положительная и очень высокая (χ =1 400 000·10^-6). Минералы с ферромагнитными свойствами обладают спонтанной намагниченностью (J). Имеют собственный момент и создают вокруг себя собственное магнитное поле, например, камасит (космическое никелистое железо).

4. Антиферромагнитные минералы содержат атомы с собственным магнитным моментом. Различают скомпенсированные антиферромагнитные минералы, у которых магнитная восприимчивость очень мала, но положительна (χ =20,6·10^-6), например: гематит и нескомпенсированные антиферромагнитные минералы (ферримагнитные), у которых намагниченность в магнитном поле сильная, а магнитная восприимчивость положительная и очень высокая (χ =1 000 000·10^-6).

Эти минералы обладают спонтанной намагниченностью и создают вокруг себя магнитное поле, например, магнетит, пирротин. Кристаллы ферромагнитных и ферримагнитных минералов обладают способностью самопроизвольного деления на отдельные магнитные участки размером от 10^-5 до 10^{-6 см, получившие название доменов.}

Д. Радиоактивность

Некоторые минералы содержат в своём составе радиоактивные элементы, обладающие самопроизвольным атомным излучением. Этот процесс носит название радиоактивного распада.

Как известно, все химические превращения в минералах связаны со строением наружных электронных оболочек атомов и ионов, входящих в состав минерала. Явления же радиоактивных превращений обусловлены процессами, происходящими в ядрах атомов. Эти явления характерны для элементов окончания периодической таблицы Менделеева (уран, торий, радий и др.). Они обладают не вполне устойчивыми ядрами атомов. Для них характерен процесс радиоактивного распада, проявляющийся в непрерывном испускании элементарных частиц:

а) ά – частиц, т.е. ядер атомов гелия; испускание этих частиц приводит к тому, что атом данного элемента последовательно превращается в атомы более лёгких элементов, причём атомный номер при вылете каждой частицы уменьшается на две, а масса – на четыре единицы;

б) β – частиц, которые соответствуют электрону (β^-) или позитрону (β⁺); вылет одной такой частицы приводит либо к увеличению заряда ядра на единицу (отрицательный β распад), либо к уменьшению заряда ядра (положительный β распад);

в) γ – лучей, представляющих собой электромагнитное излучение, близкое по характеристикам рентгеновскому излучению.

Это непрерывное превращение атомов, сопровождающееся большим расходом энергии, протекает независимо от температуры и давления. Конечными продуктами, образующимися в результате последовательных испусканий ά – и β – частиц, являются устойчивые изотопы свинца. Скорость распада образующихся промежуточных атомов колеблется в весьма широких пределах от долей секунды до миллиардов лет. Время, необходимое для распада половины всего количества атомов данного изотопа, называется периодом полураспада. Оно постоянно для каждого изотопа.

Явление радиоактивного распада, протекающего в течение огромных промежутков времени, используется при определении абсолютного геологического возраста различных пород, так как скорость радиоактивного распада химических элементов не зависит от геологических условий образования минерала (температуры, давления, химических реакций) и от процессов минералообразования, происходивших в земной коре. Методы определения возраста пород: гелиевый, свинцовый, аргоновый, углеродный, стронциевый.

Некоторые минералы, содержащие радиоактивные элементы, с течением времени могут разрушаться, превращаясь в стеклоподобные изотропные образования с раковистым изломом, приобретая свойства аморфных тел, но с сохранением первоначальной внешней формы кристаллов и первоначального химического состава. Такие минералы называется метамиктными, а сам переход их в метамиктное состояние – метамиктизацией (циркон, пирохлор, эшинит и др.). При нагревании метамиктные минералы возвращаются в первоначальное кристаллическое состояние. Метамиктное состояние свойственно главным образом силикатам и окислам. Иногда метамиктные разности носят иное название, нежели исходный минерал, например: циркон и его метамиктная разность циртолит (молокон).