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最終更新日:2017年1月22日
※通常の磁石に付く鉱物を、一般には強磁性鉱物と呼んでおり、代表的なものは磁鉄鉱(マグネタイト、magnetite、Fe3O4:フェリ磁性、ferrimagnetism)と単斜晶系磁硫鉄鉱(単斜晶系ピロータイト、monoclinic
pyrrhotite、Fe7S8:フェリ磁性、ferrimagnetism)である。しかし、古地磁気学の分野では磁性鉱物として(いわゆる強磁性鉱物ではない)、赤鉄鉱(ヘマタイト、hematite、Fe2O3:反強磁性*、antiferromagnetism)等も頻繁に対象としている。
*:赤鉄鉱(Hematite)は温度によって異なる磁性を示す。
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鉱物の磁性 | Magnetic Properties of Minerals | 鉱物の磁性は、強磁性と常磁性(paramagnetic)と反磁性(diamagnetc)に分けられ、強磁性はフェロ磁性(ferromagnetic)とフェリ磁性(ferrimagnetic)と反強磁性(antiferromagnetic)に分けられる。 | ||||
電磁気の単位 | International System of Electrical and Magnetic Units |
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磁気誘導 | Magnetic induction | |||||
磁束密度 | magnetic flux density | |||||
T | G | 1T=1Wb/m2=104G | 1G=10-4T | |||
磁場 | Magnetic field | |||||
A/m | Oe | 1Oe=10/(4π) (A/Gb)/0.01(m/cm)=1000/(4π)A/m=約79.577A/m | ||||
透磁率、 導磁率 |
Permeability |
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H/m | ||||||
磁気モーメント | Magnetic moment |
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磁化、 磁気分極 |
磁化 | Magnetization |
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残留磁化 | Remanent Magnetization |
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磁化率、帯磁率、 磁気感受率 |
磁化率 | Magnetic susceptibility | ||||
T | G | 1T=1Wb/m2=104G | 1G=10-4T | |||
体積磁化率 | Volume susceptibility(κ) |
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質量磁化率 | Mass susceptibility(χ) |
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ヒステリシス | Hysteresis |
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保磁力、 抗磁力 |
Coercivity | |||||
A/m | Oe | 1Oe=10/(4π) (A/Gb)/0.01(m/cm)=1000/(4π)A/m=約79.577A/m | ||||
各種温度 |
キュリー温度、 キュリー点 |
Curie
temperature、 Curie point |
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ネール温度 |
Neel(最初のeの頭に´) temperature、 magnetic ordering temperature |
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フェルベー点 | Verwey transition |
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モーリン点 | Morin transition |
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消磁 | demagnetization |
段階的に、磁場の大きさあるいは温度を変えて、磁化を測定することにより、磁性鉱物の種類(化学組成の違いも含む)や量や粒径を予想する。
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SI=国際単位系、cgs=cgs単位系。
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Moskowitz(HP/2013/11)による『Classes of Magnetic Materials』から |
Wikipedia(HP/2013/10)による『Hematite』などから |
図2 岩石・鉱物の帯磁率 中塚(2012/7)による『分かり易い物理探査 磁気探査 1)』 |
Shaar(2012/2)による『Magnetic mineralogy SIO 247』から |
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特徴 | 物質の例 |
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Ferromagnetism | 自発磁化を持てる | 鉄(Fe) | ○ | |
フェリ磁性 | Ferrimagnetism | 全体として磁化を持つ |
磁鉄鉱(magnetite) マグヘマイト(maghemite、γ-Fe2O3) |
○ |
常磁性 | Paramagnetism | 磁場を印加するとその方向に弱く磁化する | × | |
反磁性 | Diamagnetism | 磁場を印加すると物質が磁場の逆向きに磁化される | ビスマス(Bi) | × |
反強磁性 | Antiferromagnetism | 全体として磁気モーメントを持たない |
酸化マンガン(MnO) 酸化ニッケル(NiO) |
× |
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石川(2010)による『環境磁気学』から 体積磁化率:κ=M/H |
3. Magnetism of hematite
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Tucek(cの頭にv)(2006?)による『Magnetic Properties of Hematite (α-Fe2O3) Nanoparticles by View of Mossbauer(oの頭に¨) spectroscopy』から |
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図1 純粋なマグネタイトの単位質量当り初磁化率(χ)と粒径との関係 Maher (1988)と Hunt et al. (1995b)より簡略化。 |
図2 (a) Day Plot。破線は単磁区マグネタイト粒子と多磁区マグネタイト粒子の混合ライン(Dunlop,2002)。破線に沿って、(1)はマグネタイトの単磁区領域、(2)はマグネタイトの疑似単磁区領域、(3)はマグネタイトの多磁区領域をそれぞれ示している。 (b) タクラマカン沙漠の砂と黄土層試料のDay plot(両対数)。試料採取地点が西から東に移動するに従って、グラフ上の点は右下から左上(粗粒から細粒へ)に分布する。● はタクラマカン沙漠の砂試料、△ は沙金坪(甘粛省蘭州市)の黄土試料、○ は洛川(陳西省)の黄土試料。点線は(a)のマグネタイトの混合ライン。Torii et al.(2001)より簡略化。 |
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図3 オホーツク海海底堆積物コア試料の環境磁気学的パラメータの変動 深度約140cmで堆積環境が大きく変わったことが示唆されている。それ以外に火山ガラスの濃集層による顕著なピークが認められる。川村ほか(2003)より簡略化。 保磁力(Bc)の求め方: ・Banerjee, S.K., King, J. and Marvin, J. (1981):
A rapid method for magnetic granulometry with applications
to environmental studies. Geophys. Res. Lett., 8,
33-336. |
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鳥居(2005)による『環境磁気学― レビュー―』から |
Figure 2.1 (a) Magnetization, J, versus magnetizing field, H, for a diamagnetic substance. Magnetic susceptibility, χ, is a negative constant. (b) J versus H for a paramagnetic substance. Magnetic susceptibility, χ, is a positive constant. (c) J versus H for a ferromagnetic substance. The path of magnetization exhibits hysteresis (is irreversible), and magnetic susceptibility, χ, is not a simple constant. |
Figure 2.4 Exchange couplings for (a) ferromagnetic, (b) antiferromagnetic, and (c) ferrimagnetic materials. The net magnetization for ferrimagnetic material is shown at right; the net magnetization of antiferromagnetic material is zero. |
Figure 2.7 Comparison of cation distributions in normal spinel and inverse spinel. A and B indicate A sublattice and B sublattice cations, respectively; arrows indicate directions of cationic magnetic moments. Redrawn after McElhinny (Palaeomagnetism and Plate Tectonics, Cambridge, London, 356 pp., 1973). |
Figure 2.8 Saturation magnetization and Curie temperature for titanomagnetite series. Composition is indicated by parameter x; the left axis indicates saturation magnetization (js); the right axis indicates Curie temperature (TC). Redrawn after Nagata (1961). |
Figure 2.10 Saturation magnetization and Curie temperature for titanohematite series. Composition is indicated by parameter x; the left axis indicates saturation magnetization (js); the right axis indicates Curie temperature (TC); compositions x < 0.45 have canted antiferromagnetic coupling; compositions 0.45 < x < 1.0 have ferrimagnetic coupling. Modified from Nagata (1961) and Stacey and Banerjee (1974). |
Figure 2.12 Compositional gaps for titanohematite and titanomagnetite. Compositions are indicated by parameter x for each series; solid solution is complete within each series at temperatures above the bold curves; exsolution occurs for intermediate compositions at temperatures below these curves. Adapted from Nagata (1961) and Burton (Reviews in Mineralogy, v. 24, in press). |
渋谷(2001/7)〔Robert F. Butler(1992)による『Paleomagnetism』の日本語版〕による『古地磁気学』から |
磁気的パラメータ
吉田・鄭(1999)による『環境磁気学的方法は環境汚染調査に貢献しうるか?』から |
図3 帯磁率Kの頻度分布 長崎(1997/12)による『岩石磁気と磁気異常から得られる地質情報』から |
Fig. 1 Distribution of the magnetite-series and ilmenite-series granitoids in Japan. Ratios of the two series in one tectonic unit or one area are shown in circles. The Inner Zone of Southwest Japan is subdivided into northern Kyushu, Chugoku-Kinki, Chubu and Niigata-Kanto districts. Abbreviations: HK, Hidaka belt (Tertiary); KT, Kitakami belt (early Cretaceous); AB, Abukuma belt (Cretaceous and minor older rocks); RY , Ryoke belt (Cretaceous and minor older rocks); SY, Sanyo belt (Cretaceous-Paleogene); SL, Sanin belt (Cretaceous-Paleogene); SWO, Southwestern outer belt (Miocene); TTL , Tanakura tectonic line; MTL, Median tectonic line; SM, Sanbagawa metamorphic belt; KM , Kamuikotan metamorphic belt. Jurassic Funatsu granitoids and Miocene granitoids of the Green Tuff belt are not shown. Both consist of magnetite-series rocks. Tsushima is Miocene and probably an independent belt . 石原(1977)による『The Magnetite-series and Ilmenite-series Granitic Rocks』から |