Magnetiitti: Muodostuminen, Geologia ja Lajit
Jaa
Muodostuminen, geologia ja lajikkeet
Magnetiitti: rautaoksidi, magneettinen muisti ja geologinen monimuotoisuus
Magnetiitti on Fe3O4, tiheä musta rautaoksidi, joka muodostuu magmoissa, skarneissa, hydrotermisissä järjestelmissä, metamorfisissa kivissä, muinaisissa rautamuodostumissa ja nykyaikaisissa mustissa hiekassa. Sen voima piilee kontrastissa: yksi kaava ilmenee terävinä oktaedreina, massiivisena malmina, ekssoluutiorakenteina, kerrostuneina kivilajeina, rikastuneina rakeina ja luonnollisesti magnetoituneena lodestiinina.
- Kaava: Fe3O4
- Rakenne: spinelliryhmä
- Viiru: musta
- Erityismuoto: lodestiini
Miksi magnetiitti muodostuu niin monissa paikoissa
Magnetiitti on yksi Maan monipuolisimmista rautamineraaleista, koska se on stabiili laajalla lämpötila-, paine-, kivilaji- ja hapetusolosuhteiden alueella. Se voi kiteytyä suoraan magmasta, kasvaa reagoimalla kuumien nesteiden ja karbonattikivien kanssa, korvata aikaisempia mineraaleja hydrotermisissä järjestelmissä, esiintyä metamorfisissa prosesseissa tai kertyä raskaiden rakeiden muodossa nykysedimenteissä.
Sen kaava, Fe3O4, kirjoitetaan usein käsitteellisesti FeO·Fe2O3, heijastaen sekä ferros-raudan, Fe2+, ja ferri-rauta, Fe3+. Tämä sekoitettu valenssirakenne on osa syytä, miksi magnetiitti on voimakkaasti magneettinen ja miksi sillä on niin tärkeä rooli paleomagnetismissa: kun magnetiitti jäähtyy tai kasvaa, se voi säilyttää ympäröivän magneettikentän tallenteen.
Suurimmat geologiset ympäristöt
Ympäristö määrää magnetiitin ilmentymän. Yhdessä kivessä se voi olla mikroskooppinen musta rake, toisessa peilipintainen oktaedri, toisessa kokonainen malmiesiintymä.
| Ympäristö | Tyypillinen isäntä | Miksi magnetiitti muodostuu | Näkyvä ilmentymä |
|---|---|---|---|
| Magmaattiset kivet | Basaltti, gabbro, dioriitti ja kerrostuneet mafiset intruusiot | Rauta-titaanioksidit saavuttavat kyllästystilan magman jäähtyessä ja happifugaation muuttuessa. | Hienojakoiset rakeet, kumulaattikerrokset, magnetiitti-ilmeniitti-seokset ja titanomagnetiitti mafisissa kivissä. |
| Skarn ja kontaktimetamorfismi | Karbonaatit kivet, jotka ovat muuttuneet lähellä intruusioita | Rautapitoiset nesteet reagoivat kalkkikiven tai marmorikiven kanssa, tuottaen kalkki-silikaattimineraaleja ja magnetiittia. | Terävät mustat oktaedrit, massiivinen magnetiitti ja kiteet, jotka liittyvät granaattiin, pyroksiiniin, epidotiin tai kalkkiittiin. |
| Hydrotermiset korvaukset | Rautapitoiset sedimentit, breksiat, muutosrenkaat ja halkeamajärjestelmät | Kuumat nesteet kuljettavat rautaa ja saostavat magnetiittia, kun kemia, lämpötila, pH ja redoksitila muuttuvat. | Massiiviset saumaukset, breksian sementti, suonimuodostumat ja magnetiitti kvartsin, aktinoliitin, kloriitin tai apatiitin kanssa. |
| Kerroksellinen rautamuodostuma | Arkeeiset ja proterotsooiset kemialliset sedimentit | Varhaiset rautapitoiset sedimentit uudelleenkiteytyvät hautautumisen ja metamorfismin aikana magnetiitin, hematiitin ja piin kerroksiksi. | Vaihtuvat tummat rautapitoiset ja vaaleat kersanttiset kerrokset, usein leikattu ja kiillotettu opetuskäyttöön tai arkkitehtuurinäyttelyyn. |
| Alueellinen metamorfismi | Mafiset kivet, pelittiset kivet, rautakivet ja metamorfiset sedimentit | Rautapitoiset mineraalit uudelleenkiteytyvät tai reagoivat muuttuviin paine-, lämpötila- ja happiolosuhteisiin. | Rakeinen magnetiitti yhdessä amfibolin, kloriitin, biotiitin, plagioklaasin tai kvartsin kanssa. |
| Placerit ja mustat hiekat | Rannat, jokiuomat, aavikon kivet ja raskasmineraalikonsentraatit | Sään vaikutus vapauttaa tiheitä magnetiittijyviä; aallot, joet ja tuuli konsentroivat niitä hydraulisen lajittelun avulla. | Tummat magneettiset hiekat, tiheät konsentraatit ja pienet jyvät sekoitettuna ilmeniitin, granaatin, zirkonin, rutiilin tai kromiitin kanssa. |
Muodostumisreitit
Magnetiitti voi muodostua kiteytymällä, korvautumalla, uudelleenkiteytymällä, hapetus-pelkistysreaktioilla tai sedimenttikonsentraation kautta. Nämä prosessit eivät ole toisensa poissulkevia; monet esiintymät tallentavat useamman vaiheen.
- 1 Magmaalinen kiteytyminen Mafisissa ja välimaissa magmoissa rauta ja titaani voivat keskittyä, kunnes oksidimineraalit vakautuvat. Magnetiitti tai titanomagnetiitti kiteytyy suoraan sulasta, muodostaen joskus hajanaisia jyviä, kumulaattikerroksia tai oksidirikkaita kappaleita.
- 2 Skarn-reaktio Intruusio lämmittää karbonaattikiviä ja tuo rautapitoisia nesteitä. Kun kalkkikivi tai dolomiitti reagoi, kalkkisilikaattimineraalit kuten granaatti, pyroksiini, epidoti ja wollastoniitti voivat kasvaa magnetiitin kanssa.
- 3 Hydrotermiset korvaukset Rautapitoiset nesteet liikkuvat halkeamissa, breksioissa ja huokoisissa kivissä. Kun rikkiaktiivisuus on alhainen tai olosuhteet siirtyvät oksidien vakauteen, magnetiitti voi korvata aiempia mineraaleja tai sementoi rikkoutunutta kiveä.
- 4 Sedimentaarinen ja metamorfinen muuntuminen Rautapitoiset kemialliset sedimentit voivat järjestäytyä uudelleen hautautumisen ja metamorfismin aikana. Tuloksena voi olla kerroksellinen rautamuodostuma, jossa on magnetiittia, hematiittia ja piipitoisia kerroksia.
- 5 Sään vaikutus ja placer-konsentraatio Magnetiitin tiheys ja kestävyys sallivat jyvien säilyä eroosion läpi. Joet, aallot ja tuuli lajittelevat nämä jyvät mustiksi hiekoiksi ja raskasmineraalipitoisiksi konsentraateiksi.
Yhteydet ja parageeneesi
Liittyvät mineraalit auttavat paljastamaan, miten magnetiitti muodostui. Magnetiittikide granaattipitoisessa skarnissa kertoo eri tarinan kuin magnetiitti basalttissa, kersantissa tai rantahiekassa.
Skarn-yhteydet
Granaatti, diopside, hedenbergiitti, epidoti, kalsiitti, kvartsi, wollastoniitti, fluoriitti ja apatiitti voivat esiintyä magnetiitin kanssa kontaktimetamorfisissa järjestelmissä.
Tuliperäiset yhteydet
Basalttiset ja gabbroiset kivet isännöivät usein magnetiittia tai titanomagnetiittia yhdessä pyroksenin, plagioklaasin, oliiviinin, ilmeniitin ja muiden Fe-Ti-oksidien kanssa.
Hydrotermiset yhteydet
Kvartsi, kloriitti, aktinoliitti, apatiitti, karbonaattimineraalit, hematiitti ja sulfidit voivat esiintyä korvaus- tai suonimagneettiin liittyen.
Sedimentaariset yhteydet
Rautamuodostumissa magnetiitti voi esiintyä hematitin, kvartsiitin, jaspiksen, sideriitin, ankeriitin, stilpnomelaanin tai muiden metamorfoottisten mineraalien kanssa riippuen metamorfoosiasteesta.
Rakenteet ja kenttäviitteet
Rakenne on usein nopein tapa yhdistää magnetiittinäyte sen geologiseen alkuperään. Muoto, raekoko, ympäristö ja magneettinen käyttäytyminen vaikuttavat kaikki tulkintaan.
Oktaedriset kiteet
Magnetiitin klassinen kiteen muoto on oktaedri. Terävät, kiiltävät kiteet ovat yleisiä joissakin skarneissa, alppityyppisissä esiintymissä ja onteloissa, joissa kasvuympäristö oli riittävä.
Kerrostuneet rautarakenteet
Vaihtelevat tummat magnetiittipitoiset ja vaaleat piipitoiset kerrokset osoittavat kemiallisen sedimentaation, jota seuraa kokoonpuristuminen, uudelleen kiteytyminen ja metamorfoosi.
Massiivinen magnetiitti
Massiivinen tai rakeinen magnetiitti voi edustaa malmiesiintymiä, korvausvyöhykkeitä, kumulaattikerroksia tai voimakkaasti uudelleen kiteytynyttä materiaalia. Geologinen konteksti on informatiivisempi kuin pelkkä ulkonäkö.
Erottumisrakenteet
Titanomagnetiitti voi erottua jäähtyessään, muodostaen hienoja ilmeniitti- tai ulvöspineeliin liittyviä kalvoja. Nämä kasvukimput näkyvät parhaiten kiillotetuissa näytteissä ja heijastetun valon alla.
Magneettinen jäämagneettisuus
Magnetiittirakeet voivat saada magneettisen muistin jäähtymisen, kasvun tai kemiallisen muutoksen aikana. Tällainen jäämagneettisuus on keskeistä paleomagneettisissa kivitutkimuksissa.
Musta viiru ja korkea tiheys
Käsinäytteessä magnetiitti on tyypillisesti mustaa tai rautamustaa, tiheää ja voimakkaasti magneettiin tarttuvaa. Viiru on musta, mikä erottaa sen hematiitista, jonka viiru on yleensä punaruskea.
Muunnokset ja geologiset termit
Jotkut magnetiittitermit kuvaavat kemiaa, toiset magneettista tilaa ja toiset kivialan rakennetta tai muutosta. Näiden kategorioiden erottaminen tekee nimityksistä tarkempia.
| Termi | Mitä se tarkoittaa | Tyypillinen esiintymisympäristö | Tulkintamuistio |
|---|---|---|---|
| Kiteinen magnetiitti | Hyvin muodostuneet kiteet, yleisimmin oktaedriset, metallinhohtoiset ja mustat. | Skarnit, ontelot, metamorfoituneet kivet ja jotkin hydrotermiset järjestelmät. | Muoto ja ympäristö ovat tärkeitä kasvualustan tulkinnassa. |
| Lodestiini | Luonnollisesti magnetoitunut magnetiitti, joka kykenee vetämään puoleensa pieniä rautaesineitä. | Sitä esiintyy, kun luonnollinen jäämagneettisuus säilyy riittävän vahvana havaittavaksi. | Lodestiini on magnetiitin magneettinen tila, ei erillinen mineraalilaji. |
| Titanomagnetiitti | Magnetiitti, johon titaani korvaa rakenteessa. | Basaltit, gabbrot, kerrostuneet mafiset intruusiot ja Fe-Ti-oksidiyhdistelmät. | Hitaan jäähtymisen aikana siihen voi kehittyä ilmeniitin erottumiskalvoja. |
| Magnetiittiitti | Kivi, joka koostuu pääasiassa magnetiitista. | Magmaattiset oksidikerrokset, skarnit, korvausrakenteet ja rautamalmin järjestelmät. | Tämä on kivialan termi; se ei viittaa erilliseen mineraaliin. |
| Martiitti | Hematitin pseudomuotti magnetiitista, säilyttäen alkuperäisen magnetiittikiteen muodon. | Hapettuneet rautasaostumat ja rapautuneet magnetiittia sisältävät kivet. | Muoto voi näyttää magnetiitilta, mutta mineraali on korvautunut hematiitilla. |
| Mustahiekan magnetiitti | Tiheät magneettiset jyvät keskittyvät rannoille, puroihin tai aavikon pinnoille. | Plaserit, jotka ovat peräisin rapautuvista magmakivistä, metamorfoisista tai rautapitoisista kivistä. | Luonnolliset mustahiekat ovat yleensä sekoitettuja raskasmineraalipitoisuuksia, eivät puhdasta magnetiittia. |
Mustahiekat ja plasermagnetiitti
Magnetiitti on tarpeeksi tiheää kestämään kuljetuksen ja keskittyy muiden raskasmineraalien kanssa. Tämä tekee siitä yleisen mustahiekassa, erityisesti alueilla, joissa voimakas vesi tai tuuli poistaa kevyempiä jyviä.
Miten konsentraatio tapahtuu
Lähdekivet rapautuvat ja vapauttavat mineraalijyviä. Joet, aallot, vuorovesi ja tuuli lajittelevat jyvät tiheyden ja muodon mukaan, jättäen magnetiitin muiden raskasmineraalien kanssa tummiin vyöhykkeisiin tai taskuihin.
Mitä muuta voi esiintyä
Plaserkonsentraatit voivat sisältää ilmeniittiä, granaattia, zirkonia, rutiilia, kromiittia, monatsiittia, amfibolia, pyroksenia ja muita tiheitä mineraaleja. Magneetti voi rikastaa magnetiittiosuutta, mutta ei tunnista jokaista jyvää.
Miksi mustahiekat ovat tärkeitä
Mustahiekat voivat paljastaa alueellisia eroosioreittejä, lähdekiven koostumusta ja raskasmineraalien kuljetusta. Ne myös tekevät magnetismista visuaalisesti havaittavaa pienessä mittakaavassa.
Kuvailun tarkkuus
Termit kuten ”magnetiittipitoinen mustahiekka” tai ”raskasmineraalipitoisuus” ovat usein tarkempia kuin kutsua luonnollista sedimenttiä puhtaaksi magnetiitiksi.
Muutos ja rapautuminen
Magnetiitti voi pysyä vakaana pitkään, mutta se voi hapettua, erottua, hydratoitua tai korvautua lämpötilasta, nesteistä ja happiolosuhteista riippuen.
| Prosessi | Tulos | Missä esiintyy | Kenttätärkeys |
|---|---|---|---|
| Hapettuminen hematiitiksi | Magnetiitti voi muuttua hematiitiksi säilyttäen kiderakenteensa martiittina. | Rapautuneet rautavarannot, hapettuneet malmivyöhykkeet ja paljaat kallionpaljastumat. | Pelkkä kiderakenne voi olla harhaanjohtava; juova ja magnetismi auttavat tunnistuksessa. |
| Hapettuminen maghemiitiksi | Magnetiitti voi osittain hapettua maghemiitiksi, joka on rauta(III)oksidi ja rakenteeltaan samankaltainen. | Maat, rapautumisprofiilit ja muuttuneet magmakivet tai sedimenttikiteet. | Magneettinen käyttäytyminen voi säilyä, mutta mineraalin identiteetti voi muuttua monimutkaiseksi. |
| Ekssoluutio | Titaania sisältävä magnetiitti voi erottua magnetiitti-ilmeniitti- tai vastaaviin oksidien seoksiin. | Hitaasti jäähtyneet mafiset ja välivaiheen kivilajit. | Lamellit tallentavat jäähdytyshistorian ja Fe-Ti-oksidin kemian. |
| Hydroterminen päällyste | Magnetiitti voi korvautua, suonittua tai uudelleenkiteytyä myöhempien nesteiden vaikutuksesta. | Malmi-järjestelmät, skarnit, rautaoksidimuutosvyöhykkeet ja breksiat. | Rakenteet voivat säilyttää useita nestevirtauksen ja korvaantumisen vaiheita. |
Hoito, käsittely ja turvallisuus
Magnetiitti on yleensä kestävä, mutta sen kiilto, reunat, matriisi ja magneettinen käyttäytyminen vaativat huolellista käsittelyä.
Suojaa kirkkaat kidepinnat
Terävät oktaedriset pinnat voivat näyttää naarmuja ja lohkeamia. Käytä pehmustettua säilytystä, vältä hankautumista kovempia näytteitä vasten ja käsittele matriisipaloja vakaista reunoista herkempien kiteiden sijaan.
Vältä voimakkaita kemikaaleja
Magnetiitti on liukenematon veteen, mutta siihen voivat vaikuttaa vahvat hapot tai aggressiivinen puhdistus. Siihen liittyvät mineraalit voivat olla herkempiä kuin magnetiitti itse.
Kunnioita magneettisia vaikutuksia
Voimakkaasti magneettiset näytteet ja magneettikivet tulee pitää poissa kompassien, magneettikorttien, kellojen, herkkien elektroniikkalaitteiden ja lääketieteellisten implanttien läheltä.
Tallenna konteksti
Geologista tulkintaa varten pidä näytteen paikannus, emäkivi, siihen liittyvät mineraalit, keruukonteksti ja mahdollinen valmisteluhistoria tallessa.
Lukijoiden usein kysymiä kysymyksiä
Onko magneettikivi eri mineraali kuin magnetiitti?
Ei. Magneettikivi on luonnollisesti magnetisoitunut magnetiitti. Se eroaa magneettisessa käyttäytymisessä, ei erillisessä kemiallisessa kaavassa.
Miksi magnetiitti on magneettinen?
Magnetiitti sisältää sekä Fe2+ ja Fe3+ käänteisessä spinellirakenteessa. Magneettisten momenttien järjestys on ferrimagnetinen, mikä tuottaa voimakkaan vetovoiman magneetteihin ja magneettikivessä pysyvän luonnollisen magnetisaation.
Mikä on titanomagnetiitti?
Titanomagnetiitti on magnetiittia, johon titaani korvaa sen rakennetta. Se on yleinen mafisissa magmakivissä, kuten basaltti ja gabbro, ja voi muodostaa ilmeniittierottumalevyjä hitaassa jäähtymisessä.
Voivatko mustat hiekat olla puhdasta magnetiittia?
Ne voivat olla magnetiittipitoisia, mutta luonnolliset mustat hiekat ovat yleensä seoksia magnetiitista, ilmeniitistä, granaatista, zirkonista, rutiilista, kromiitista ja muista raskaista mineraaleista. Tarkka koostumus riippuu lähdekivistä ja lajitteluhistoriasta.
Miten magnetiitti auttaa tallentamaan maapallon magneettikenttää?
Magnetiitti voi saada jälkimagnetisaation jäähtyessään tai muodostuessaan. Kivissä tämä magneettinen muisti voi säilyttää tietoa menneistä magneettikentän suunnista, laattojen liikkeistä ja muinaisten laavavirtojen tai sedimenttien orientaatiosta.
Mikä on magnetiitti?
Magnetiitti on kivi, joka koostuu pääasiassa magnetiitista. Se voi muodostua magmisten oksidikerrosten, skarnien tai rautaoksidimalmien yhteydessä. Se on kivitermi, ei erillinen mineraalilaji.
Tarvitseeko magnetiitti erityistä näyttöhuoltoa?
Magnetiitti on yleisesti vakaa, mutta kirkkaat kidepinnat voivat lohkeilla ja siihen liittyvät mineraalit voivat olla herkempiä. Pidä näytteet kuivina, vältä voimakkaita kemikaaleja ja pidä voimakkaasti magneettiset kappaleet poissa herkkien laitteiden ja kompassien läheltä.
Yhteenveto
Magnetiitti on tiivis tallenne raudan liikkeestä maapallon järjestelmissä. Se kiteytyy magmasta, reagoi skarnien kanssa, korvaa kiviä hydrotermisissä järjestelmissä, järjestelee uudelleen muinaisia rautasedimenttejä, kasvaa metamorfoosin ja muutoksen aikana ja kerääntyy nykyaikaisiin mustiin hiekkoihin. Sen lajikkeet eivät ole mielivaltaisia nimiä vaan todisteita: magneettikivi paljastaa luonnollisen magnetisaation, titanomagnetiitti tallentaa titaania sisältävät magmat, magnetiitti merkitsee oksidirikasta kiveä, martiitti säilyttää magnetiitin muodon hapettumisen jälkeen ja placer-hiukkaset kantavat eroosion ja lajittelun historiaa. Fe3O4 on siksi enemmän kuin musta magneettinen mineraali; se on yksi geologian suorimmista raudan, hapen, lämmön, veden ja ajan tunnusmerkeistä.