The Rock Magnetic Bestiary ( irm.umn/bestiary/index.html )

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The Rock Magnetic Bestiary ( http://www.irm.umn.edu/bestiary/index.html ). Magnetite ore, Kachkanar Area, North Urals. African Rock Art. - PowerPoint PPT Presentation

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  • The Rock Magnetic Bestiary (http://www.irm.umn.edu/bestiary/index.html)Magnetite ore, Kachkanar Area, North Urals African Rock Art

  • Magnetic Behaviours Diamagnetismo: opposizione al campo applicato, causata dalle interazioni della nuvola elettronica. Caratteristica di tutti i materiali risposta molto debole (suscettivit, c = negativa).Paramagnetismo: risposta lineare rispetto al campo applicato, ma con scomparsa della magnetizzazione quando il campo rimosso. Caratteristica dei minerali di Fe, Mn, Co, Ni. (c= positiva, debole).Ferromagnetismo: allineamento completo dei momenti magnetici. Tipico dei metalli ferrosi e di alcuni acciai. (c= positiva, forte )Ferrimagnetismo: allineamento antiparallelo dei momenti magnetici con diversa intensit, dovuto all successione di ioni ferrici e ferrosi nel reticolo cristallino, come nella magnetite. (c= positiva, forte ).Anti-ferromagnetismo: simile al ferrimagnetismo, ma le magnetizzazioni antiparallele sono identiche. Applicando il campo, emergono strutture magnetiche distorte (inclinate) (es. ematite).

  • InputStorageRegistrazioneOutput

  • La lista dei minerali di interesse per la geofisica ricca di alcune migliaia di sostanze, a queste appartengono a pieno titolo i bio-minerali, prodotti dagli organismi viventi per la costruzione di parti del loro corpo (conchiglie, coralli, ).

    Fra tutti i minerali solo alcuni possiedono le propriet magnetiche che stiamo analizzando, tuttavia occorre considerare che le particelle magnetiche ultrafini sono praticamente ubiquitarie.

  • Ossidi, Idrossidi e OssoidrossidiI termini ossidi idrati si riferiscono a tutti gli ossidi [MOx], idrossidi [M(OH)x] e ossoidrossidi [MOx(OH)y] di un metalllo, M. Altri termini che possono essere utilizzati sono ossidi idratati, ossidi-idrossidi e sesquiossidi. Gli (idr)ossidi sono sostanze comuni, cristalline e non-cristalline, principalmente contenute nei terreni (suoli). Generalmente, attraverso i processi di degrado naturale, essi si sono formati a partire da silicati primari or secondari e sono fra I pi stabili minerali disponibili nei terreni secchi e ben aereati. Gli idrossidi e gli ossoidrossidi di Al, Fe e Mn mostrano tutti polimorfismo. Le condizioni chimiche e fisiche del suolo e dellambiente determinano quale sia la fase predominante. La sostituzione isomorfa un processo comune negli (idr)ossidi, ma solo fino a un certo punto.Deboli cariche permanenti sono state associate agli (idr)ossidi, anche se difficili da determinare a causa delle (solitamente) ridotte dimensioni delle strutture cristalline.

  • Negli studi magnetici della Terra, ci si interessa di solito principalmente dei minerali ferrimagnetici (magnetite e maghemite) o delle fasi anti-ferromagnetiche (hematite, pirrotite), anche se solitamente i minerali paramagnetici possono essere molto importanti per gli studi, soprattutto se presenti in quantit abbondante.Pirite: ferrimagnetica dopo cottura

  • Magnetite3/4 mono-strati di Fe in posizione tetraedrica (grigio chiaro) o ottaedrica (grigio scuro).La Magnetite, Fe3O4, cristallizza con struttura a spinello. Gli atomi di ossigeno, pi grandi, sono impacchettati in un reticolo cubico, nel quale gli atomi di ferro, pi piccoli, riempiono gli interstizi.

  • MAGNETITE - FeO Fe2O3 Fe2+ 2Fe3+ O4Nelle ferriti le posizioni interstiziali, occupate dagli atomi di ferro (o metallici) sono di due tipi:tetrahedral site (A): lo ione Fe circondato da quattro atomi di ossigeno octahedral site (B): lo ione Fe circondato da sei atomi di ossigeno

  • Gli spin (momenti magnetici) del sottoreticolo A (Fe2+ tetraedrico) sono antiparalleli agli spin del sottoreticolo B (Fe3+ ottaedrico).

    I diversi siti del cristallo comportano propriet molto diverse che risultano in complesse interazioni fra ioni ferro giacenti su uno stesso o su diversi piani: gli spin dei sottoreticoli A e B non sono equivalenti, non si compensano e creano un momento magnetico.

    Anche se lordinamento differente, il Ferrimagnetismo mostra le stesse caratteristiche del comportamento ferromagnetico: magnetizzazione spontanea, Temperatura di Curie, Isteresi, rimanenza. AAABBBB

  • La Magnetite un minerale ferrimagnetico molto noto. Tuttavia, fu considerata un ferromagnete finch Nel attorno al 1940, non forn un modello teorico per spiegare il ferrimagnetismo.

  • Transizione di Verwey nella MagnetiteA circa - 150 C ( 123 K) il reticolo da Cubico passa a MonoclineDipendenza dalla temperatura del calore specifico (Cp), della resistenza elettrica (R) e della suscettivit (c) della magnetite nella regione della transizione di fase.

  • Ematite ( a-Fe2O3)

  • Ematite (Antiferromagnetica)Se i due sottoreticoli A e B hanno momenti esattamente uguali ma opposti di segno, il momento netto risultante zero. Questa forma di ordinamento magnetico detta antiferromagnetismo.

  • Antiferromagnetico ma se applichiamo H

  • VSM hysteresis curves obtained, on three different Hematite-based red powder pigments. Samples amounts were in the order of 100 mg. The observed magnetic behaviours can be modeled as the sum of the contributes of different paramagnetic phases, thorugh Langevin equations. (The Hematite Intrinsic Induction values have been reduced - J x 0.1 - to permit comparison).

  • La peculiarit dello antiferromagnetismo il comportamento della suscettivit al di sopra di una temperatura critica, detta temperatura di Nel (TN). Sopra TN, la suscettivit obbedisce alla legge di Curie-Weiss per i materiali paramagnetici ma con unintercetta negativa, segno di uninterazione di scambio sfavorevole.

  • Morin Transition (Tm) : ~265 - 270 K

  • Si forma per azione dellambiente o per ossidazione a bassa temperatura di spinels contenenti composti ferrosi, tipicamente magnetite or titano- magnetite.

    un pigmento giallo molto diffuso nei sedimenti e nel suolo.

    Maghemite (g-Fe2O3)Materiale delle cassette di registrazione magnetica video/audio

  • Possiamo immaginare la maghemite come la forma completamente ossidata della magnetite:

    Leccesso di carica compensato dalla presenza di vacanze nella struttura, in rapporto 1:8 con gli atomi di Fe3+.Fortemente magnetica, una fase metastabile, si riduce in natura ad ematite (Tc ~ 645 C)

  • Una forma di ossido di ferro, anche conosciuta come g-Fe2O3, con la struttura cristallina (e una natura fortemente magnetica) della magnetite, ma con la composizione dellematite.

    MAGHEMITE

    Sulla Terra, si trova solitamente in regioni con attivit idrotermica (o magnetica), con temperature che variano fra 300 e 400C. La grande abbondanza dacqua sulla terra ha trasformato la maggior parte della maghemite nella forma non reattiva, ma in ambienti inertio (su Marte) si trova virtualmente inalterata.

  • Goethite: a-FeOOH

    Ossoidrossido: Goethite.

    If the hematite formed under wet conditions, one may find Goethite also.

  • Siderite: FeCO3(Paramagnetica)

    Ossidandosi forma ossidi stabili.

    Questa trasformazione da origine al fenomeno della CRM, oChemical remanent magnetization

  • Ambienti Archeologici

  • AerobicoAnaerobicoFe3O4a-Fe2O3g-Fe2O3

  • Alterazioni MineralogicheIn generale, in aumento della magnetizzazione del suolo come conseguenza del riscaldamento/cottura un dato costante. possibile individuare le variazioni chimiche e fisiche provocate nelle rocce da processi di cottura/ossidazione misurando alcune propriet soggette facilmente ad alterazione Per esempio: batteri magnetotattici producono microcristalli di magnetite come prodotti di fermentazione (pali, buche, costruzioni in legno/sost organico).Le antiche zone di sepoltura corrispondono ad ambienti ossidanti, maggiormente magnetici rispetto al loro intorno.

    Ossidazione della Titanomagnetite High TC = StabilityTC aumenta dopo cottura = Alterazione

  • Titanomagnetite - Fe3-xTixO4Titanoematite Fe2-xTixO3

  • Diagramma ternario per il sistema Fe-Ti-OI processi di ossidazione spostano gli equilibri dei composti dalla serie Titano-magnetite alla serie Titano-ematite

    ossidazione

  • Per le rocce magmatiche, col tempo i processi ossidativi nelle parti interne della roccia, non esposte allambiente, provocano variazioni della struttura e della composizione chimicaMaghemizzazione della titanomagnetite (basalto oceanico)~ 106 Years

  • Titanomagnetite TitanoematiteFe3-xTixO4 --> Fe2-xTixO3

  • Alla variazione chimico-strutturale nel tempo corrisponde una variazione della magnetizzazione

  • Arte Rupestre (10/20 000 anni)

  • The common characteristic is that paint consists of ground up pigment in some sort of liquid. When the liquid dries into a film, the ground pigment is stuck to the painting surface. The first paintings were cave paintings.

    For millennia, humans have beautified their world and expressed their thoughts by painting. Over the years, paintings have been made on virtually every imaginable surface.

  • Le antiche popolazioni decoravano le pareti delle caverne che abitavano con colori fatti di terra, o carbone mescolato con saliva o grassi animali. Nellarte rupestre i pigmenti (nero carbone o ocra) aderivano alla parete in parte per le porosit che lo intrappolavano, in parte perch il legante seccando, permetteva al pigmento di aderire alla superficie.

    Negli anni, in numerose caverne scoperte dagli archeologi si sono trovati corpi coperti di pigmento rosso con residui di pigmento seppelliti assieme. Il rosso, associato al sangue, era () il colore simbolo della vita, ma anche della sua fine. La parola ematite (fonte di molti pigmenti) deriva dal greco, hema che significa sangue.

    I pigmenti di ossido di ferro costituivano la tavolozza degli antichi artigiani, dallEgitto allIndia alla China. I Micenei, cui si attribuisce linvenzione dellaffresco, mescolavano i loro pigmenti con lacqua e li applicavano i superfici di calce fresca. la tecnica, richiedeva pigmenti che potessero aderire permanentemente alla calce. Gli ossidi di ferro non attaccabili dagli alcali, sono stati la base dei colori per affresco dai Micenei al presente.

  • Arte rupestre, murali, pitture

  • Ematitecarboneocra

  • Ematite nativa o goethite ricotta

    Il pigmento rosso nel paleolitico poteva essere ottenuto direttamente dallematite o trattando a bassa T (250 400 C) la goethite.Ricordiamo che i processi di trattamento termico alterano la distribuzione e le dimensioni dei granuli di ossido.

  • Le tecniche di diffrazione di raggi-X evidenziano una diversa granulometria nei campioni di goethite ricotti, con allargamento dei picchi di diffrazione per T fino a 500 C. Analogamente sono attese variazioni delle propriet magnetiche estrinseche (forma dei cicli di isteresi)Goethite sinteticaGoethite cotta a 250 CGoethite cotta a 1000 C

  • Goethite ricotta o Ematite nativaAttraverso considerazioni che possono includere anche le propriet magnetiche possibile arrivare ad identificare se il materiale di origine del pigmento rosso era ematite, direttamente, o goethite