Jak magnetyzm oddziałuje na skały, czyli kto kogo przyciągnie i na czyją stronę
Ziemskie pole magnetyczne, jak również pole magnetyczne wywołane sztucznie w laboratorium, oddziałuje na każdą materię, porządkując jej momenty magnetyczne.
Najprostsze oddziaływanie można przedstawić za pomocą wzoru:
M = k x H
Gdzie:
- M - wektor namagnesowania materii (w jednostkach SI – [A/m]),
- k - podatność magnetyczna - współczynnik proporcjonalności między przyłożonym polem a miarą namagnesowania materii, np. skały (jest to parametr bezwymiarowy)
- H - wartość wektora pola magnetycznego przyłożonego do materii [A/m]
W zależności od reakcji na zadane pole magnetyczne substancje można podzielić na trzy podstawowe grupy:
- Diamagnetyki – po przyłożeniu pola magnetycznego ich namagnesowanie jest minimalne, o kierunku przeciwnym do przyłożonego pola. Wartość podatności magnetycznej jest ujemna i niezależna od wielkości zadanego pola magnetycznego (do tej grupy należy wiele powszechnych minerałów, np. kwarc)
- Paramagnetyki – reagują na pole ustawieniem swoich momentów magnetycznych równoległym do kierunku zadanego pola magnetycznego, jednak wartość podatności magnetycznej jest stosunkowo niska, a po odjęciu zewnętrznego pola magnetycznego momenty magnetyczne ulegają swobodnemu rozproszeniu kierunków (do tej grupy należą między innymi minerały ilaste, np. illit czy smektyt)
- Ferromagnetyki sensu lato – reagują na zadane pole magnetyczne i ulegają namagnesowaniu, aż do momentu osiągnięcia stopnia nasycenia. Po odjęciu zewnętrznego pola magnetycznego namagnesowanie nie spada do zera, tylko pozostaje na pewnej wartości i zachowuje zwrot zgodny z wcześniej przyłożonym polem. Można powiedzieć, że ferromagnetyki wytwarzają wokół siebie pole magnetyczne (jak małe magnesy). To rezydualne namagnesowanie nazywane jest pozostałością magnetyczną. Dzięki tej właściwości ferromagnetyki są wykorzystywane do badań paleomagnetycznych, gdyż zdolne są do „zapamiętania" pola magnetycznego z przeszłości. Do najpopularniejszych ferromagnetyków w przyrodzie należą minerały żelaza. Tlenki, takie jak hematyt czy magnetyt, oraz siarczki – np. greigit.
Ze względu na ułożenie momentów magnetycznych w sieci krystalicznej ferromagnetyki dzielą się na trzy grupy:
- Ferromagnetyki sensu stricto, w których wszystkie momenty magnetyczne mają ten sam zwrot, co wektor przyłożonego pola magnetycznego. Namagnesowanie tych substancji osiąga najwyższe wartości w grupie ferromagnetyków sensu lato (ryc. A)
- Ferrimagnetyki, w których występują podsieci, z momentami magnetycznymi ułożonymi przeciwnie do kierunku zewnętrznego pola magnetycznego. Wypadkowe namagnesowanie jest przez to mniejsze niż w przypadku ferromagnetyków sensu stricto (ryc. B)
- Antyferromagnetyki, w których momenty magnetyczne tworzą przeciwstawne sieci, przez co wypadkowy wektor magnetyczny jest minimalny (ryc. C)
Schematyczne ułożenie momentów magnetycznych w sieciach ferromagnetyków: A) ferromagnetyków sensu stricto, B) ferrimagnetyków C) antyferromagnetyków
Joanna Roszkowska-Remin
Państwowy Instytut Geologiczny
