地质地球所对微米级赤铁矿的磁性机制研究取得进展

2010-12-14 23:00 来源: 中国科学院
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  赤铁矿在自然界中广泛存在。一方面,赤铁矿是记录天然剩磁的良好载体;另一方面,赤铁矿又能被用来研究古环境演化。与磁铁矿不同,赤铁矿的饱和等温剩磁较低,但是其矫顽力比较大。赤铁矿的性质受到多种因素的控制,包括粒径、晶格缺陷以及颗粒形状等。前人的研究大多集中在纳米级以及大颗粒两个粒径范围,缺乏对微米级(几个微米)赤铁矿磁学性质的研究。

  针对这个难题,中科院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室刘青松研究员及其研究小组在实验室合成了不同形状的微米级赤铁矿,并对其磁学性质及变化机制进行了深入探讨。根据其形状,这些赤铁矿大体可以分为立方体和非立方体两大类,其相应的物理性质也具有很大差异。

  图1显示,在300℃时,立方体样品释放了>1%的晶格内的水。如果扣除针铁矿的影响(250-300℃之间的异常影响),非立方体样品释放的水成分要小于1%。这说明立方体样品中含有更多的晶格缺陷。受到晶格缺陷的影响,第一类样品的Morin转换被压抑,等温剩磁较高,矫顽力也较高。相反,非立方体样品具有很好的Morin转换,等温剩磁和矫顽力都较低(图2)。

  该研究对于鉴别自然界中不同来源的赤铁矿提供了重要指示意义。自然界水溶液中形成的赤铁矿,其形状及晶格中包含的缺陷等受到其形成环境的约束。因此,不同环境体系中形成的赤铁矿应该具有不同的形状,且包含不同的晶格缺陷类型。该研究发现,通过磁学性质可以很好地鉴别这些赤铁矿,这为应用磁学手段判断自然环境中赤铁矿可能的物源提供依据。

  研究成果近期发表在国际地球物理研究领域核心刊物Physics of the Earth and Planetary Interiors(《地球与行星内部物理学》)(Liu et al. Magnetism of the micro-sized hematite explained. PHYSCIS OF EARTH AND PLANETARY INTERIOR, 2010, 183: 387-397)。

  原文链接

图1 两类具有不同形状的赤铁矿的热重分析(a) 立方体;(b) 非立方体;阴影部分表示针铁矿的影响

 图2 具有不同形状赤铁矿的低温和高温FORC图(a-d)立方体样品;(e-h)非立方体样品等值线的中心点向右表示矫顽力高,显然这两类样品具有完全不同的矫顽力分布