УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ МАГНИТНЫХ МИНЕРАЛОВ

Для образования магнитных минералов в среде их кристаллизации необходимо железо, во вторую очередь – Ti, Mg, Co, Ni и другие второстепенные катионы, входящие в состав наиболее распространенных магнитных минералов – магнетита и примесных его разностей – феррошпинелей (прежде всего титаномагнетиты), а также в гемоильмениты, в пирротин. Для образования магнитных минералов необходимо присутствие в породе более 1%Fe. Таким образом, первое необходимое условие для образования магнитных минералов определяется составом среды, но оно недостаточно, так как при близком составе пород содержание в них магнитных минералов колеблется от <0,01 до 5% и более.

Появление и свойства магнитных минералов определяются такими термодинамическими параметрами, как давление Р, температура Т, летучесть кислорода fO₂, водородный показатель pH и другие менее существенные. По данным экспериментов, появление феррошпинелей возможно при Т≤1200С и Р≤20кбар, титаномагнетитов – Т≤1100С и Р≤13кбар. С ростом давления образуются парамагнитные феррошпинели с большей плотностью и гранат. Давление 13кбар соответствует глубине в литосфере 45км, 20кбар – 70км. Следовательно, источники магнитных аномалий могут образоваться преимущественно в верхней части литосферы, до глубин менее 45 км.

Внутри Р-Т области существования магнитных минералов их образование определяется, в первую очередь, температурой и окислительными условиями. На диаграмме Р-Т-fO₂ выделяются четыре термодинамические зоны условий образования магнитных минералов:

"гематитовая" – высокоокислительные условия у поверхности Земли, где образуются минералы, содержащие только трехвалентное железо (гематит, маггемит, гидроокислы железа, Fe³⁺-силикаты);

"магнетитовая" – слабоокислительные условия, где образуются минералы, содержащие Fe²⁺ и Fe³⁺ (титаномагнетиты и другие феррошпинели, гемоильмениты, пирротин);

"силикатная" – относительно восстановительные условия, где практически отсутствует Fe^3+, соответственно, образуются ильменит, ульвошпинель, герцинит и др. Fe²⁺-феррошпинели, Fe²⁺-cиликаты;

"Fe-металлическая" – высоковосстановительные условия, помимо минералов "силикатной" зоны, появляется свободное металлическое железо. В литосфере Земли – это экзотические случаи; видимо, "металлическая" зона находится в нижней мантии близ ядра и в ядре Земли, она типична для лунных пород и метеоритов. Границы между перечисленными зонами примерно соответствуют буферам гематит-магнетит, кварц-магнетит-фаялит, железо-фаялит.

На территории Северной Евразии практически немагнитные и слабомагнитные магматические породы локализуются главным образом в зонах преимущественного сжатия, коллизии (время складчатости); магнитные магматические породы приурочены в основном к зонам разломов в пределах жестких структур, к зонам, где преобладают растяжения.

В результате консерватизма термодинамической системы равновесные условия для кристаллизации магнитных минералов определенного состава, существующие в магмовом очаге, сохраняются какое-то время даже после излияния магмы на поверхность Земли, соответственно первичные магнитные минералы в своем составе сохраняют "память" о последних равновесных Р-Т-fO₂ условиях в магме, т.е. в ее очаге. В результате экспериментов и данных по природным объектам выявлена близкая к линейной зависимость между составом первичных титаномагнетитов базальтовых лав и глубиной их очагов (длительного стояния расплава, где его равновесное состояние не было нарушено). Например, по составу первичных титаномагнетитов в рифтовых зонах океанов и континентов глубина магмовых очагов однородна: 50-60км, тогда как очаги островодужного вулканизма варьируют по глубине от 60-70км до 20км и менее.

См. магнитные минералы магматических пород, магнитные минералы метаморфических пород, магнитные минералы осадков и осадочных пород, магмовый очаг.