Magneti tass
Linas JuozėnasJaga
Magnetiit
Magnetiit näib nagu väike ööosa, mis on metalse läikega kristalli tardunud. See võib olla raske ja must, moodustada mõnikord korrapäraseid oktaeedreid ning rauale lähendatuna näidata ootamatult nähtamatut jõudu. Mõned magnetiidi tükid muutuvad ise looduslikeks magnetiteks ja tõmbavad rauaosakesi ligi, justkui mäletaks kivi suunda, mida inimsilm ei näe. Magnetiidi lugu on aga kompassist palju laiem. See tekib magmas, kujuneb mägede sügavuses ümber, koguneb muistsete merede rauarikastesse kihtidesse, säilib mustas liivas ja võib isegi tekkida mikroskoopiliste organismide toimel. See mineraal ühendab Maa sügavused, planeedi magnetvälja, tehnoloogia ja ühe inimkonna vanima imestuse kogemuse.
Üks mineraal, kaks raua olekut ja erakordne sisemine korrastatus
Magnetiit on raudoksiid valemiga Fe₃O₄. Seda valemit võib ette kujutada kahe raua oksüdatsiooniastme kohtumisena: üks osa rauast on kahevalentne Fe²⁺ ja kaks osa kolmevalentsed Fe³⁺.
Lihtsamalt võib magnetiidi keemilise koostise esitada kujul FeO·Fe₂O₃. See ei ole siiski kahe eraldi mineraali segu. Rauaioonid paiknevad ühes ühises kristallivõres ja moodustavad kuubilise spinellilaadse struktuuri.
Magnetitas priklauso spinelite rühma. Selle hapnikuaatomid moodustavad tiheda karkassi, rauaioonid aga hõivavad erineva kujuga tühimikke: ühed asuvad tetraeedrilistes, teised oktaeedrilistes kohtades.
Šis pasiskirstymas lemia ne tik kristalo formą. Jis sukuria sąlygas magnetiniam momentui atsirasti, nes skirtingose gardelės vietose esančių geležies jonų magnetinės kryptys viena kitos visiškai nepanaikina.
Magnetito paslaptis: jo magnetizmas kyla ne vien iš to, kad kristale daug geležies. Lemiamą vaidmenį atlieka tai, kaip skirtingos geležies būsenos išdėstytos gardelėje ir kaip jų magnetiniai momentai susijungia.
Fe²⁺ – judresnė geležies būsena
Dvivalentė geležis turi vienu elektronu daugiau nei trivalentė. Šis skirtumas svarbus magnetito elektrinėms ir magnetinėms savybėms.
Elektronai gali sąveikauti tarp skirtingų geležies vietų, todėl magnetitas praleidžia elektrą geriau nei daugelis kitų oksidų.
Fe³⁺ – dvi gardelės vietos
Kolmevalentne raud hõivab magnetiidis nii tetraeedrilisi kui ka oktaeedrilisi kohti.
Osa selle magnetmomentidest on suunatud vastassuunas ja need tühistavad üksteist.
Järelejäänud magnetmoment
Kuna vastassuunalised magnetmomendid ei ole täiesti võrdsed, jääb kristalli magnetiline resultantmoment.
Seda nähtust nimetatakse ferrimagnetismiks.
Magnetiit ja hematiit
Magnetiit ja hematiit on mõlemad olulised rauaoksiidid, kuid nende koostis ja omadused erinevad. Hematiidi valem on Fe₂O₃, seega esineb selles peamiselt ainult kolmevalentne raud.
Magnetiit on enamasti must ja jätab musta kriipsu. Hematiit võib paista halli, musta, pruuni või punasena, kuid tema kriips on tavaliselt punakaspruun.
Magnetiit reageerib magnetile tugevalt. Hematiit sellist tugevat tõmmet tavaliselt ei näita, kuigi mõnes näidises võib esineda magnetiidi lisandeid või keerukamaid magnetilisi nähtusi.
Magnetiit ja maghemiit
Maghemiit on samuti rauaoksiid ja võib olla tugevalt magnetiline. Selle valem sarnaneb Fe₂O₃-le, kuid kristallstruktuur on spinelliga suguluses ning raua asukohtades esineb puudujääke.
Magnetiidi oksüdeerumisel muutub osa Fe²⁺-st Fe³⁺-ks ning struktuuri tekivad vakantsid. Nii võivad magnetiidi pind või väikesed terakesed järk-järgult muutuda maghemiidiks.
See muutus on eriti oluline muldades, setetes, arheoloogilistes objektides ja väga peenikestes magnetiiditerakestes.
Miks on magnetiit nii raske?
Raud on tihe element ja magnetiidi kristallvõres on seda palju. Seetõttu tundub mineraal sama suure kvartsist, päevakivist või kaltsiidist tükiga võrreldes märksa raskem.
Suur tihedus aitab magnetiiditerakestel koguneda mustadesse ranna- ja jõeliivadesse, kui kergemad osakesed veega minema uhutakse.
Metalliläige, must kriips ja kuubiline kristallstruktuur
Magnetiiti saab ära tunda mitme väga iseloomuliku omaduse järgi: musta värvuse, suure tiheduse, musta kriipsu ja tugeva reaktsiooni järgi magnetile. Hästi väljaarenenud kristallid näevad sageli välja nagu väikesed kahekordsed püramiidid – oktaeedrid.
| Mineraali nimi | Magnetiit |
|---|---|
| Keemiline valem | Fe₃O₄ |
| Mineraaliklass | Oksiidid |
| Rühm | Spinelli rühm |
| Kristallisüsteem | Kuubiline |
| Levinumad kristallivormid | Oktaeedrid, dodekaeedrilised vormid, kaksikud, teralised ja massiivsed kogumid |
| Kõvadus | Enamasti umbes 5,5–6,5 Mohsi skaalal |
| Tihedus | Ligikaudu 5,17–5,20 g/cm³ |
| Lõhenevus | Selge lõhenevus tavaliselt puudub; mõnikord on teatud suundades märgatav nõrk eraldumine |
| Murdepind | Ebakorrapärane või karbikujuline |
| Tugevus | Habras |
| Värvus | Must, rauamust, mõnikord pruunika oksüdatsioonikihiga |
| Kriipsu värvus | Must |
| Läige | Metalliline või poolmetalliline |
| Läbipaistvus | Läbipaistmatu |
| Magnetilised omadused | Tugevalt ferrimagnetiline; mõned näidised on looduslikult magnetiseerunud |
| Elektriline käitumine | Pooljuhtiv ja paljude teiste oksiididega võrreldes suhteliselt hea elektrijuht |
| Optilised omadused | Läbipaistmatu; peegeldunud valguses enamasti hallikasvalge, pruunikate või punakate varjunditega |
| Temperatuurimuutus | Üle ligikaudu 580 °C kaotab pikaajalise ferrimagnetilise korrastatuse |
Miks on kriips nii oluline?
Välispinda võivad muuta murenemine, oksüdatsioon või teiste mineraalide katted. Kriips näitab peeneks jahvatatud mineraalipulbri värvust.
Magnetiit jätab musta kriipsu, hematiit aga punakaspruuni. See lihtne erinevus võib olla kõnekam kui kivi üldine värvus.
Miks on magnetiit läbipaistmatu?
Raua elektronid neelavad nähtavat valgust tugevalt. Isegi õhukesed magnetiiditerad ei lase tavaliselt valgusel läbi tungida.
Seetõttu avaldub selle ilu mitte läbipaistvuses, vaid metallilises läikes, kristalli geomeetrias ja magnetilises reaktsioonis.
Oktaeeder – kaheksast kolmnurgast koosnev hulktahukas
Üks magnetiidi kristallide iseloomulikumaid vorme on oktaeeder. See koosneb kaheksast kolmnurksest tahust, mis tippudes kohtuvad.
Oktaeedrit võib kujutleda kahe ruudukujulise püramiidina, mis on aluspindadega ühendatud. See kuju on otseselt seotud kristalli kuubilise sümmeetriaga.
Mõnel kristallil on lisatasandid ning need näivad ümarad, dodekaeedrilised või keerukalt modifitseeritud.
Kaksikud
Magnetiit võib moodustada niinimetatud spinelli kaksikuid. Kaks kristallisegmenti ühinevad korrapärase kristallograafilise suuna järgi ning loovad lamedama, nurgelise või ebatavaliselt sümmeetrilise kuju.
Kaksistumine ei ole kahe kristalli juhuslik kokkupõrge. See on täpne struktuurne seos, milles ühe kristalli võre on teise suhtes kindla sümmeetri reegli järgi orienteeritud.
Massiivne ja teraline magnetiit
Suurem osa looduslikust magnetiidist ei näe välja nagu muuseumieksponaadist oktaeeder. See võib moodustada tihedaid musti masse, kivimis peeneid terakesi või suuri maagikihte.
Tardkivimites esineb see sageli väikeste mustade teradena pürokseenide ja päevakivide vahel. Rauamaakides võib see moodustada peaaegu ühtseid lasundeid.
Must liiv
Magnetiidi tihedus ja vastupidavus võimaldavad sellel koguneda randadesse, jõekäärudesse ja mujale, kus vesi või lained mineraale kaalu järgi sorteerivad.
Kergem kvartsliiv uhutakse kaugemale, raskemad magnetiidi-, ilmeniidi-, granaadi- ja teiste mineraalide terad aga jäävad tumedate vöötidena paigale.
Kuidas raua aatomite suunad loovad magnetvälja
Magnetiidi külgetõmme ei tulene mingist salapärasest vedelikust ega nähtamatutest niitidest kivi pinnal. See lähtub elektronide magnetmomentidest ja nende ühisest korrastatusest kristalli sees.
Elektronide magnetmomendid
Elektronidel on magnetmomendiga seotud kvantomadus. Paaritu elektronidega rauaioonid võivad toimida väga väikeste magnetiliste dipoolidena.
Vastassuunad
Magnetiidi kristallvõres on osa raua magnetmomente suunatud ühes suunas, teine osa aga vastassuunas.
Kuid nende suurused ei ole võrdsed, mistõttu nad ei tühista teineteist täielikult.
Ferrimagnetiline tulemus
Allesjääv üldine magnetmoment annab magnetiidile tugevad magnetilised omadused.
See erineb rauametallis esinevast ferromagnetismist, kuigi mõlemal juhul kujuneb tugev üldine magnetiline korrastatus.
Magnetilised piirkonnad
Isegi tugevalt magnetilises mineraalis ei pruugi kõik magnetmomendid olla kogu tükis ühes ühises suunas. Kristall võib jaguneda väikesteks piirkondadeks, mida nimetatakse magnetdomeenideks.
Igas domeenis reastuvad paljud aatommomendid enam-vähem samas suunas. Erinevad domeenid võivad aga olla eri suundades, mistõttu ei tekita kogu kivi alguses tugevat välist magnetvälja.
Tugeva magnetvälja toimel võivad soodsa suunaga domeenid laieneda ja nende suunad paremini ühtlustuda. Seejärel muutub tükk tugevamalt magnetiseerituks.
Mis on magnetiline rauamaak?
Looduslikult magnetiseerunud magnetiiditükki nimetatakse sageli magnetiliseks rauamaagiks ehk lodestone'iks.
Sellisel kivil võib olla piisavalt tugev püsiv magnetväli, et tõmmata ligi väikeseid rauatükikesi või ise Maa magnetväljas orienteeruda.
Mitte iga magnetiit ei ole lodestone. Paljud näited reageerivad magnetile tugevalt, kuid neil endil ei ole selget püsivat poolust.
Kuidas magnetiit looduses magnetiseerub?
Üks võimalus on kristalli jahtumine Maa magnetväljas. Kui temperatuur langeb magnetilise korrastatuse piirist allapoole, säilitavad mõned terad toonase välja suuna.
Teine tugeva magnetiseerumise võimalus on välk. Lühike väga intensiivne elektriimpulss tekitab tugeva magnetvälja ja võib kivimis magnetdomeenid ümber suunata.
Mehaaniline rõhk, keemilised muutused ja uute magnetiiditerade kasv võivad samuti aidata kivimil omandada jääkmagnetismi.
Maa magnetvälja arhiiv
Väikesed magnetiiditerad laavavooludes või setetes võivad säilitada magnetvälja suuna sel ajal, kui kivim tekkis.
Geofüüsikud mõõdavad seda jääkmagnetisatsiooni ning uurivad magnetpooluste varasemat paiknemist, mandrite liikumist ja ookeanipõhja laienemist.
Magnetiiditera võib olla väiksem kui liivatera, kuid selle sees säilinud suund jutustab mõnikord terve mandri teekonnast.
Mis juhtub kuumutamisel?
Temperatuuri tõustes häirib aatomite soojusliikumine magnetilist korrastatust üha enam.
Umbes 580 °C saavutamisel läheb magnetiit olekusse, milles pikaajaline ferrimagnetiline korrastatus kaob. Seda piiri nimetatakse Curie temperatuuriks.
Sellest piirist madalamale jahtudes võib magnetiline korrastatus uuesti tekkida ning ümbritsev magnetväli võib salvestada uue suuna.
Magnetiit ei „tea“ põhja samamoodi, nagu inimene seda mõistab. Kuid selle sisemised magnetilised piirkonnad reageerivad planeedi väljale, mistõttu võib kivim saada füüsiliseks sillaks väikese kristalli ja kogu Maa vahel.
Mustad oktaeedrid, rauaroosid ja kivimite sees olevad kristallid
Magnetiidi välimus sõltub kohast, kus see kasvas. Ühes kohas moodustab see selgeid oktaeedreid, teises esineb väikeste terakeste, mustade plaadikeste, dendriitide või massiivse maagikivimina.
Oktaeedrilised kristallid
Avaramas ruumis võib magnetiit moodustada korrapäraseid kaheksatahulisi kristalle.
Nende pind on mõnikord sile ja tugevalt läikiv, mõnikord aga kaetud kasvamisastmetega.
Dodekaeedrilised vormid
Mõnes kristallis tuleb esile kaheteistkümne rombikujulise tahuga keha.
Sageli ühinevad oktaeedri- ja dodekaeedritahud ühes keerukas kristallis.
Spinelli kaksikud
Kaksikkristallid võivad näida lamenenud või nurgelised või neil võib olla selgelt väljendunud keskne eraldus.
Nende kuju peegeldab täpset kahe kristallvõre sümmeetriaseadust.
Massiivsed maagid
Rauamaardlates võib magnetiit moodustada tihedaid, peaaegu ühtseid musti masse.
Üksikute kristallide piire on neis raske näha, kuid magnetiline reaktsioon jääb selgeks.
Peened kivimiterad
Basaldis, gabros, graniidis ja teistes kivimites esineb magnetiit sageli väga väikeste mustade terakestena.
Kuigi neid on vähe, võivad nad määrata suure osa kogu kivimi magnetilistest omadustest.
Magnetiidi pseudomorfoosid
Magnetiit asendab mõnikord varasema mineraali, säilitades selle väliskuju.
Sel juhul jutustab kristalli siluett vanast mineraalist, selle praegune koostis aga hilisemast geoloogilisest muundumisest.
Martiit – hematiit magnetiidi kujul
Magnetiidi oksüdeerumisel võib see asenduda hematiidiga, kuid oktaeedri väliskuju säilib.
Sellist magnetiidi pseudomorfoosi hematiidi kujul nimetatakse martiidiks. Väliselt näeb see välja nagu magnetiidikristall, kuid sisemine keemiline koostis on juba muutunud.
See muundumine näitab, et kristalli kuju ja selle praegune aine ei pruugi pärineda samast geoloogilisest hetkest.
Võred ja eraldumistasandid
Mõnes magnetiidikristallis on näha peeneid jooni, kolmnurki või astmelisi mustreid.
Need võivad tekkida kasvufaaside, kaksikustumise, oksüdeerumise või teiste mineraalide tahkest lahusest eraldumise tõttu jahtumisel.
Kõrgel temperatuuril võib magnetiit sisaldada rohkem titaani. Jahtumisel võivad titaanirikkad faasid eralduda peente lamellidena.
Titanomagnetiit
Magmakivimites võib osa raua kohtadest asendada titaan. Selliseid kristalle nimetatakse titanomagnetiidiks või kirjeldatakse magnetiidi ja ulvöspinellile lähedase koostisega tahkete lahustena.
Nende magnetilised omadused ja oksüdatsioonikäitumine võivad puhtast magnetiidist erineda. Need on eriti olulised basaltsete kivimite paleomagnetilistes uuringutes.
Magnetiidiroosid
Mõnes piirkonnas koonduvad plaatide või kaksikute rühmad rosetti meenutavateks vormideks.
Must metalliline „rõngas” näib lillena, mis pole loodud mitte pehmetest kroonlehtedest, vaid raudoksiidi kristallograafiast.
Magma põhjast iidsete ookeanide rauavöötmeteni
Magnetiit võib tekkida peaaegu kõigis tähtsamates geoloogilistes keskkondades. See kristalliseerub magmas, kasvab hüdrotermilistes soontes, kujuneb metamorfismi käigus ümber, koguneb setetesse ja tekib rauarikka vee oksüdeerumisel.
Raud liigub sulamis
Magmas on raud lahustunud koos räni, magneesiumi, kaltsiumi, titaani ja teiste elementidega.
Hapnikutingimused muutuvad
Temperatuur, hapniku aktiivsus ja sulami koostis määravad, kas raud siseneb silikaatidesse, magnetiiti, ilmeniitidesse või teistesse mineraalidesse.
Magnetiit eraldub
Kristallid võivad kasvada peente terakestena või koonduda magmakambri põhjas raskemateks magnetiidirikasteks kogumiteks.
Kivim säilitab suuna
Kui jahtumine viib magnetilise korrastatuse piirist allapoole, võivad magnetiidi terakesed talletada toonase Maa magnetvälja suunda.
Tardmeline kristallisatsioon
Magnetiit on levinud basaldis, gabros, dioriidis, graniidis ja teistes tardkivimites.
See võib hakata kristalliseeruma kõrgel temperatuuril või tekkida hiljem, kui sulami hapnikutingimused muutuvad.
Kuna magnetiit on tihe, settivad selle kristallid mõnikord magmakambris ja moodustavad rauarikkaid kihte.
Tardmeline segregatsioon
Kui magnetiidikristalle tekib palju, võivad need ülejäänud sulamist mehaaniliselt eralduda.
Kristallid kogunevad kihtide, läätsede või massidena, milles raudoksiidide kontsentratsioon on ümbritsevast kivimist märksa suurem.
Sellised maardlad võivad olla seotud ka titaanirikka magnetiidiga.
Hüdrotermilised süsteemid
Kuumad mineraalsed vedelikud võivad kanda rauda läbi kivimipragude.
Temperatuuri, happesuse või hapnikutingimuste muutudes võib magnetiit settida soontesse, brekšiatesse ja muutunud kivimitesse.
Nende kõrval võivad kasvada kvarts, kaltsiit, sulfiidides leiduvad mineraalid ja muud raudoksiidid.
Skarnid
Kui kuumad tardvedelikud reageerivad karbonaatsete kivimitega, võivad tekkida skarnid.
Nendes reaktsioonivööndites kasvab magnetiit mõnikord suurte massidena koos granaatide, pürokseenide, epidoodi ja teiste kaltsiumi- ning rauasilikaatidega.
Skarnilised magnetiidimaardlad võivad olla olulised rauaallikad.
Metamorfsed kivimid
Raudarikaste setete või tardkivimite kuumutamisel ja kokkusurumisel võib magnetiit uuesti kasvama hakata.
Selle terakesed kasvavad, muudavad kuju ja korralduvad koos ümbritsevate mineraalidega ümber.
Mõnikord tekib magnetiit varasemate rauasilikaatide lagunemisel.
Serpentinisatsioon
Kui vahevöö kivimid reageerivad veega, muutuvad oliviin ja pürokseenid serpentiinirühma mineraalideks.
Osa rauast vabaneb ja võib moodustada magnetiiti. See protsess muudab kivimi magnetilisi omadusi ja võib olla seotud vesiniku tekkega.
Nii aitab sügaval maakoores olev vesi moodustada uue magnetilise mineraali.
Vöötelised rauamoodustised
Mõned suurimad magnetiidimaardlad on seotud väga vanade vööteliste rauamoodustistega.
Need kivimid koosnevad korduvatest raudoksiidide ja ränidioksiidi kihtidest. Tumedamates vöötides võib olla magnetiiti või hematiiti, heledamates aga tulekivi-laadset kvartsi.
Paljud sellised moodustised tekkisid muistsetes ookeanides, kui lahustunud raud reageeris suureneva hapnikukogusega.
Raud oksüdeerus, muutus vähem lahustuvaks ja settis merepõhja. Hilisem mattumine ja metamorfism muutsid osa neist setetest magnetiidirikasteks kivimiteks.
Magnetiit muistse hapniku tunnistajana
Maa varajases atmosfääris ja ookeanides oli vaba hapnikku märksa vähem kui tänapäeval.
Fotosünteetilised mikroorganismid hakkasid järk-järgult hapnikku eraldama. Suur osa sellest reageeris algul meredes lahustunud rauaga.
Rauaoksiidide kihid säilitavad ühe planeedi suurimaid muutusi keemilises keskkonnas – ülemineku hapnikurikkamasse maailma.
Musta liiva leiukohad
Magnetiidirohke kivimi murenemisel satuvad selle terakesed jõgedesse ja meredesse.
Suure tiheduse tõttu kogunevad need kohtadesse, kus vool või lained ei suuda neid enam kergesti edasi kanda. Nii moodustuvad raskete mineraalide liivaribad.
Magnetiidi kõrval võivad leiduda ilmeniit, kromiit, granaat, tsirkoon ja muud rasked mineraalid.
Murenemine ja oksüdatsioon
Maa pinnal ei ole magnetiit täielikult muutumatu. Hapniku ja vee toimel võib see oksüdeeruda maghemiidiks, hematiidiks, goetiidiks või teisteks rauaoksiidideks ja -hüdroksiidideks.
Must pind omandab siis pruune, oranže või punakaid toone. Kristalli sisemus võib jääda magnetiidiks, kuigi väliskiht jutustab juba raua teisest olekust.
Magnetiit võib tekkida tule sulamis, kuumas vees, kokkusurutud kivimis või muistsel merepõhjal. Sama valem ringleb väga erinevates Maa keskkondades ning säilitab neis igaühes osa planeedi erinevast ajaloost.
Kui rakk ehitab väikese kompassikristalli
Magnetiit ei ole pelgalt eluta kivimi mineraal. Mõned organismid suudavad kontrollitult kasvatada väga väikeseid magnetiidikristalle ja kasutada nende magnetilisi omadusi orienteerumiseks.
Magnetotaktilised bakterid
Mõned bakterid loovad oma rakkudes magnetiidi või sellega seotud rauamineraalide kristalle.
Kristallid suletakse membraanstruktuuridesse, mida nimetatakse magnetosoomideks, ning paigutatakse sageli ahelatesse.
Ahel toimib väikese kompassinõela analoogina ja aitab bakteril orienteeruda Maa magnetvälja suunas.
Täiuslikult kontrollitud kristalli suurus
Bakter reguleerib kristallituuma teket, kasvu, kuju ja asukohta.
Magnetiidikristallid on sageli sellise suurusega, et neil on stabiilne magnetmoment, kuid nad ei ole veel jagunenud paljudeks sõltumatuteks magnetdomeenideks.
See on üks kõige täpsemaid biomineralisatsiooni näiteid.
Loomade orientatsioon
Paljud loomaliigid reageerivad Maa magnetväljale ning kasutavad seda rändeks või orienteerumiseks.
Mõnes organismis on leitud magnetiliste rauamineraalide osakesi, kuid täpsed tajumehhanismid ei ole alati täielikult selged.
Toimida võib mitu erinevat bioloogilist mehhanismi, mistõttu ainuüksi magnetiidi tuvastamine ei selgita kogu navigatsioonisüsteemi.
Jäljed inimese kehas
Väga väikesi magnetilisi rauaosakesi on leitud ka inimese kudedest.
Nende päritolu võib olla bioloogiline, keskkondlik või segatüüpi ning nende tähendust ei saa tavaliselt ühe väitega selgitada.
Magnetiidi olemasolu iseenesest ei tõesta teadlikku magnetitaju ega mingi erilise kristallimõju olemasolu.
Magnetosoom – bioloogiline kristallitöökoda
Magnetotaktiline bakter moodustab esmalt membraanõõnsuse, milles kontrollitakse raua kontsentratsiooni ja keemilisi tingimusi.
Valgud aitavad kindlaks määrata, kus kristalli tuum hakkab moodustuma, mis suunas see kasvab ja millal kasv peatub.
Magnetosoomid reastuvad ahelaks, sest üksikud kristallid võiksid muidu koonduda korrapäratuks tombuks. Ahel ühendab nende magnetilised momendid üheks selgemaks suunaks.
See meenutab mikroskoopilist kompassinõela, kuid seda ei valmistata tehases – selle ehitab üks rakk.
Miks vajab bakter kompassi?
Magnetväli võib aidata bakteril vähendada kolmemõõtmelise otsingu keerukust. Kõikides suundades liikumise asemel orienteerub ta piki magnetvälja jõujooni.
Koos keemiliste ja hapnikusignaalidega aitab see jõuda sobivamasse vee- või settevööndisse.
Magnetism ei ole siin ainus navigatsioonisüsteem. See toimib suunapiiranguna, mida täiendavad elusraku meeled.
Elu ja mineraal ei ole eraldiseisvad maailmad
Geoloogias moodustub magnetiit temperatuuri, rõhu ja keemilise keskkonna mõjul. Bakteris kasvab sama mineraal geenide ja valkude juhitud kava järgi.
Kristall jääb elutuks, kuid elu kaasab selle omadused oma toimimisse. Nii saab mineraalifüüsikast bioloogilise orienteerumise osa.
Magnetotaktiline bakter kannab endas mitte metafoorset, vaid tõelist mineraalset kompassi. Selle sees paiknevad magnetiidikristallid nii täpselt reas, et üks rakk võib reageerida kogu planeedi magnetväljale.
Rauamäed, vöötatud kivimid ja musta liivaga rannad
Magnetiit on levinud kogu maailmas, kuid selle suurimad maardlad on seotud iidsete magmaatiliste provintside, vöötatud rauavormide ja metamorfsete maagikehadega.
Kiruna, Rootsi
Kiruna piirkond on tuntud suurte magnetiidi- ja apatiidirikaste rauamaagikehade poolest.
Need maardlad on seotud keerukate magmaatiliste ja hüdrotermiliste protsessidega. Magnetiit võib siin moodustada massiivseid maake, milles üksikute kristallide piirid on peaaegu nähtamatud.
Piirkonnast sai üks Euroopa tuntumaid rauakaevandamise keskusi.
Kurski magnetanomaalia, Venemaa
Kurski piirkonna all peitub tohutul hulgal rauarikkaid kivimeid.
Magnetiidi kontsentratsioon on nii suur, et tekitab selge piirkondliku magnetanomaalia, mida saab tuvastada geofüüsikaliste mõõtmistega.
Siin ei toimi mineraal mitte väikese kompassikivina, vaid terve magnetiliselt ilmekana geoloogilise provintsina.
Pilbara piirkond, Austraalia
Lääne-Austraalia Pilbara on tuntud väga vanade vöötatud rauavormide poolest.
Magnetiidi- ja hematiidirikkad kivimid talletavad jälgi varajaste ookeanide ja atmosfääri keemilisest arengust.
Mõningaid kivimeid muudeti ja rikastati hiljem, mistõttu neist said olulised rauamaagimaardlad.
Hamersley bassein, Austraalia
Hamersley basseini rauavormid koosnevad korduvatest raudoksiidi ja ränidioksiidi kihtidest.
Magnetiit osaleb siin hiiglaslikus settekivimite loos, mis on seotud iidsete merede hapnikuga rikastumisega.
Mesabi rauavöönd, Ameerika Ühendriigid
Minnesota rauapiirkond on seotud iidsete rauamoodustiste ja pikaajalise rauamaagi kaevandamisega.
Taconite’i kivimites on magnetiit peenelt kvartsihtide vahel hajutatud.
Maak purustatakse ning magnetiit eraldatakse selle magnetiliste omaduste abil.
Adirondacki mäed, Ameerika Ühendriigid
New Yorgi osariigi Adirondacki piirkonnas on tuntud moondelised ja tardkivimilised magnetiidilasundid.
Mõnes paigas leidub magnetiiti massiivsetes maagikehades, mujal aga suurte kristallide või terakestena kõrge metamorfismiastmega kivimites.
Bushveldi kompleks, Lõuna-Aafrika
Bushveldi tardkompleks on üks Maa suurimaid kihistunud tardkehi.
Selles võib magnetiit koguneda kihtidena koos titaani, vanaadiumi ja teiste elementide rikaste faasidega.
Need kihid näitavad, kuidas rasked oksiidikristallid eraldusid ja settisid suures magmakambris.
Norra ja Skandinaavia skarnid
Skandinaavias on tuntud magnetiidilasundid, mis on seotud skarnide, tardkivimisüsteemide ja moondeliste rauamoodustistega.
Mõnes paigas kasvab magnetiit koos granaatide, pürokseenide, kaltsiidi ja teiste kõrgtemperatuuriliste mineraalidega.
Musta liiva rannad
Magnetiidirohket musta liiva leidub mitmesuguste vulkaaniliste piirkondade randades ja jõgede setetes.
Tumedad triibud võivad tekkida Islandil, Uus-Meremaal, Jaapanis, Hawaiil ja mujal, kus basaltkivimid murenevad.
Väike magnet võib sellist liiva üles tõsta teravate mustade terakeste ahelatena.
Kivi, mis näitas esimesena Maa nähtamatut suunda
Magnetiidi ajalugu inimeste maailmas ei alanud keemilisest valemist, vaid imestusest: mõned mustad kivid tõmbasid rauda. Veelgi hämmastavam oli see, et vabalt riputatud magnetiseeritud kivi võis pöörduda kindlas suunas.
Rauda tõmbav kivi
Looduslikult magnetiseeritud magnetiidi omadusi tunti mitmesugustes muistsetes kultuurides.
Inimesed märkasid, et kivi võib rauda tõmmata, anda sellele osa oma magnetilistest omadustest ja end suunata, kui sellel lastakse vabalt liikuda.
Varased selgitused olid filosoofilised, sümboolsed ja maagilised, sest aatomite ja väljade mõistet polnud veel olemas.
Lõunasuunda näitav lusikas ja varased kompassid
Hiinas seostati magnetiliste omadustega rauamaaki suuna määramisega.
Ajaloolistes kirjeldustes mainitakse siledale plaadile asetatud magnetilisest materjalist lusikakujulisi osuteid ning hilisemaid magnetiseeritud nõelu.
Aja jooksul muutus kompass maismaal ja merel navigeerimisel üha tähtsamaks.
Magnetnõel jõuab mereteedele
Kompassi kasutamine levis mitmesugustes kaubandus- ja navigatsioonivõrgustikes.
Magnetiseeritud raudnõel võidi lodestone’iga hõõruda ning riputada või asetada nii, et see saaks vabalt pöörlema.
Ta ei öelnud rändurile, kus asuvad kaljud või torm, kuid andis isegi pilvisel ööl ühe kindla suunajoone.
William Gilbert ja Maa kui magnet
Inglise looduseuurija William Gilbert uuris teoses magneti kohta süstemaatiliselt magnetilisi materjale ja kompassi.
Ta väitis, et Maa ise toimib suure magnetina. See aitas eraldada magnetismi uurimise pelgalt legendaarsetest omadustest ja viia selle eksperimentaalse teaduse valdkonda.
Magnetism kohtub elektriga
Teadlased paljastasid järk-järgult seose elektrivoolu ja magnetvälja vahel.
Magnetiit jäi oluliseks looduslikuks näiteks, kuid magnetismist sai elektromagnetismi laiema füüsika osa.
Kompass, elektromagnet ja elektrimootor osutusid sama jõuajaloo eri tahkudeks.
Domeenid, elektronid ja kvantfüüsika
Magnetiliste domeenide mõiste ja kvantne elektroniteooria võimaldasid selgitada, miks magnetiidil on tugev summaarne magnetmoment.
Selgus, et selle struktuur on ferrimagnetiline: vastassuunalised raua momentide suunad ei tühista teineteist täielikult.
Ookeanipõhja vöödid ja mandrite ränne
Ookeanipõhja basaltides säilinud magnetiidi suunad aitasid paljastada Maa magnetvälja perioodilisi pöördumisi.
Ookeaniseljandike mõlemal küljel paiknevatest sümmeetrilistest magnetilistest vöötidest sai oluline tõend ookeanipõhja laienemise ja laamtektoonika kohta.
Rauamaagist nanoosakesteni
Magnetiit on endiselt oluline rauamaak ja seda kasutatakse mitmesugustes tehnoloogiates.
Selle väga väikeseid osakesi uuritakse magnetilistes materjalides, keskkonnaprotsessides, andmetehnoloogia ajaloos, katalüüsis ja muudes valdkondades.
Sama mineraal võib olla mäemaak, bakterite kompass ja laboris loodav nanoosake.
Magnetiit muutis inimeste suhet ruumiga. Enne kompassi tuli suunda sageli määrata Päikese, tähtede ja maastiku järgi. Magnetkivi näitas, et planeedil endal on nähtamatu orientatsiooniväli.
Karjus Magnesi lugu
Ühes hilisemas legendis jutustatakse karjusest nimega Magnes, kelle rauaga rautatud saapad või kepp magnetilise kalju külge kinni jäid.
Jutustuse ajaloolisus on ebaselge ning nimetuse päritolu võib olla seotud ka muistse Magneesia kohanimega.
Legend annab siiski kaunilt edasi inimese esimese hämmastuse, kui ta tajus kivi tõmmet.
Magnet, magnetism ja magnetiit
Need sõnad kuuluvad samasse keeleperekonda, kuid tähendavad tänapäeval eri asju.
Magnetiit on konkreetne mineraal. Magnet on magnetvälja omav objekt. Magnetism on füüsikaliste nähtuste kogum.
Nähtamatud niidid, raudmäed ja kivi, mis kutsub teist kivi
Magnetiline tõmme näis pikka aega peaaegu elavana. Kivi võis rauda seda puudutamata liigutada, talle tõmbejõudu edasi anda ja pöörduda, kuigi miski ei lükanud seda.
Sellised omadused õhutasid lugusid raudmägedest, mis suudavad laevadelt naelu välja tõmmata, kividest, mis armastavad rauda, ning nähtamatutest sümpaatiajõududest esemete vahel.
Vanemates tekstides võis magnetist saada truuduse, tõmbe, võimu või isegi hinge kujund. Kui kivi suudab metalli eemalt enda poole kutsuda, hakkab inimese kujutlusvõime kergesti küsima, millised nähtamatud jõud tõmbavad inimesi, mõtteid ja saatusi.
Need metafoorid ei ole füüsika seletused. Kuid need näitavad, kuidas üks mineraal aitas inimestel nähtamatut mõju ette kujutada juba ammu enne magnetvälja mõiste tekkimist.
Kivi, mis unustas oma põhja
Sügaval mäe sees kasvas must magnetiidikristall.
Selle võres näitasid tuhanded väikesed magnetilised piirkonnad eri suundades. Üks tahtis itta, teine läände, kolmas pöördus lõunasse ja neljas hakkas kõigile vastu.
„Mul pole suunda,“ otsustas kristall. „Minus on liiga palju erinevaid hääli.“
Kõrval kasvav kvarts vastas: „Võib-olla pole suuna puudumine ja ühtlustamata suunad üks ja seesama.“
Kuid magnetiit ei mõistnud seda.
Möödusid miljonid aastad. Mägi kerkis, kivim lõhenes ja kristall jõudis lõpuks maapinna lähedale.
Ühel ööl tõusis oru kohale torm. Välk lõi kaljusse ja täitis selle hetkeks võimsa magnetväljaga.
Kristalli sees korraldusid paljud piirkonnad ümber. Kõik ei muutunud ühesuguseks, kuid piisavalt paljud neist ühtlustusid.
Hommikul leidis inimene musta kivi ja riputas selle peenikese niidi otsa.
Kristall pöördus aeglaselt.
„Vaata,“ ütles inimene. „See näitab suunda.“
Magnetiit imestas.
„Ma arvasin, et mul pole suunda.“
Maa vastas väga kaugelt, peaaegu kuuldamatult: „Sul on alati olnud palju väikeseid suundi. Sa ei vajanud uut põhja, vaid piisavalt sisemist korda, et seda tajuda.“
Sellest ajast peale ei püüdnud kivi enam ühtki oma osa vaigistada. Ta lihtsalt meenutas, milline suund peaks need ühiseks teeks ühendama.
See ei ole vana ajalooline legend. See on loominguline lugu, mis on inspireeritud magnetilistest domeenidest, looduslikust magneetumisest ja inimese sisemise suuna otsimisest.
Sisemine poolus, valik ja jõud, mis toob hajali osad tagasi kokku
Kaasaegsetes kristallipraktikates valitakse magnetiit sageli suuna, maandatuse, keskendumise ja tõmbejõu sümboliks. Need tähendused tulenevad selle tegelikest omadustest – suurest tihedusest, rauasisaldusest, tugevast reageerimisest magnetile ja võimest omandada püsiv magnetiline poolus.
Sisemine poolus
Magnetiit võib sümboliseerida väärtust või suunda, mis püsib ka siis, kui ümberringi on palju erinevaid valikuid.
Koondunud osad
Magnetilised domeenid meenutavad inimese hajali mõtteid. Kui need ühtlustuvad, tekib jõud, mida ühelgi neist eraldi polnud.
Valik
Magnet ei tõmba kõike võrdselt. Seetõttu võib magnetiit sümboliseerida oskust valida seda, mis tõepoolest kuulub teie teele, ning lõpetada iga võimaluse tagaajamine.
Maandatus
Suur tihedus ja must värvus võimaldavad seostada seda kivi stabiilsuse, raskuse ja kehalisse olevikuhetke naasmisega.
Tõmbejõu eest vastutamine
Magnetiidi sümboolika võib meenutada, et millestki ihalemisest üksi ei piisa. Tasub küsida, mida me oma mõtete, tegude ja harjumustega tegelikult ligi kutsume.
Suund kiirustamata
Kompassinõel kõigub esmalt ja jääb alles siis paigale. Magnetiit võib sümboliseerida otsust, millel lastakse sundimata küpseda.
Maa element
Raua koostis, tihedus ja seos maagimaardlatega seovad magnetiiti tugevalt Maa sümboolikaga.
See räägib toest, piiridest, tegelikkusest ja valikust, millel on materiaalne vorm.
Tule element
Magnetiit sünnib sageli magmas ning selle rauakeemia muutub sõltuvalt temperatuurist ja hapnikust.
Tule sümboolika seostub siin ümberkujundamise, tahte ja energiaga, mis sulatab vana korratuse.
Saturni sümboolika
Ühtset vana planetaarset magnetiidisüsteemi ei ole. Tänapäeva kujutluses võib selle raskust, pimedust, piire ja distsipliini seostada Saturniga.
Marsi sümboolika
Raud, tahe ja tegevuse suund võimaldavad seostada magnetiiti ka Marsi kujundiga.
Siin ei tähenda Marss pimedat võitlust, vaid võimet koondada jõud valitud tegevusele.
Magnetiidi sümboolika ei kutsu kõike enda poole tõmbama. See võib meenutada, et tõeline suund algab valikust: mis on minu põhjasuund, mis on vaid ajutine sära ja millele tahan tegelikult oma jõu pühendada.
Sisemise pooluse ja valitud suuna rituaal
See rituaal on mõeldud ajaks, mil tähelepanu tõmbab liiga palju suundi või on raske eristada tõelist eesmärki ajutisest impulsist. Selle sümboolne eesmärk on valida üks sisemine poolus ja seada lähim tegevus sellega kooskõlla.
Mida vajate
- ühte magnetiidikristalli või siledaks lihvitud kivi;
- paberilehte või märkmikku;
- pastakat;
- nelja väikest paberilehte;
- rahulikku kohta, kus saate mõne minuti kiirustamata olla.
Ettevalmistus
Asetage magnetiit enda ette. Pange tähele selle raskust, musta pinda ja metallset valgusepeegeldust.
Kujutlege, et teie mõtted on praegu justkui magnetilised domeenid, mis on suunatud eri suundadesse.
Hingake kolm korda rahulikult sisse ja välja.
Neli suunda
Kirjutage neljale väikesele lehele neli valdkonda, mis praegu teie tähelepanu kõige rohkem tõmbavad.
See võib olla töö, puhkus, loovus, suhted, reisimine, õppimine, tervenemine või mõni muu oluline tee.
Paigutage lehed magnetiidi ümber nelja suunda.
Mis tõmbab ja mis kutsub?
Vaadake iga lehte ja küsige: „Kas see suund kutsub mind seestpoolt või tõmbab lihtsalt väljastpoolt mu tähelepanu?“
Kirjutage iga valdkonna juurde üks sõna: „sees“, „väljas“ või „ebaselge“.
Sisemine poolus
Kirjutage suure lehe keskele: „Milline väärtus peab näitama mulle põhjasuunda?“
See võib olla rahu, vabadus, loovus, ausus, vastutus, tervis, armastus või mõni muu teile oluline väärtus.
Asetage magnetiit üles kirjutatud sõnale.
Domeenide joondamine
Valige nelja suuna seast see, mis vastab kõige paremini teie üles kirjutatud väärtusele.
Teisi suundi ei ole vaja hävitada. Lihtsalt lükake nende lehed veidi kaugemale ja tooge üks valitud leht magnetiidile lähemale.
Öelge kolm korda:
Mu poolus on selge, mu jõud on üks,
Ma valin suunda ja tee meenutab mind.
Jätke iga korduse vahele üks rahulik hingetõmme. Kujutlege, et hajali mõtted ei kao, vaid reastuvad ühe peamise suuna ümber.
Üks tõeline tegu
Kirjutage valitud suuna sedelile üks konkreetne tegevus, mille saate lähiajal ära teha.
Tegevus peab olema piisavalt väike, et ei oleks vaja oodata ideaalset päeva: üks kõne, üks lehekülg, üks tund puhkust, üks saadetud sõnum või üks selgelt öeldud „ei“.
Lõpetuseks
Võtke magnetiit peopessa ja öelge: „Ma ei pea liikuma igas suunas. Minu väärtus näitab põhja ning tänane tegu alustab teekonda.“
Mõtisklusküsimus
Milline suund vastab tegelikult minu sisemisele poolusele ja milline tõmbab vaid ajutiselt tähelepanu?
Mida peidab veel must rauakristall?
Magnetiit ühendab kristallograafia, rauakeemia, planeedi magnetvälja, bakterite navigeerimise, muistsete ookeanide ajaloo ja tehnoloogia arengu. Väike must terake võib olla palju kõnekam, kui selle lihtne värvus lubab arvata.
Magnetiit ei ole lihtsalt raud
See on raua ja hapniku ühend. Selle magnetism tuleneb rauaioonide paiknemisest kristallivõres.
Mitte iga magnetiit ei ole looduslik magnet
Paljud näidised reageerivad magnetile, kuid ainult osal neist on piisavalt tugev jääkmagnetism, et nad ise toimiksid lodestoonina.
Välk võib muuta kivimi magnetilist suunda
Tugev välgu tekitatud magnetiline impulss võib magnetiidirohkes kivimis magnetdomeenid ümber orienteerida.
Magnetiit aitas tõendada mandrite liikumist
Ookeanibasaltiitides säilinud magnetilised triibud said oluliseks tõendiks ookeanipõhja laienemise ja laamtektoonika kohta.
Bakter võib kasvatada endale kompassi
Magnetotaktilised bakterid kasvatavad magnetiidikristalle ja reastavad need oma rakkude sees ahelateks.
Üks väike terake võib juhtida kogu kivimi magnetismi
Isegi väike kogus magnetiiti basaldis või graniidis võib domineerida kivimi magnetilistes mõõtmistes.
Magnetiit võib talletada muistse põhjasuuna
Kivimi jahtudes võivad magnetiiditerakesed säilitada tollase Maa magnetvälja suuna miljoneid aastaid.
Maa magnetpoolused vahetasid kohti
Kivimite magnetilised salvestised näitavad, et planeedi väli on korduvalt ümber pöördunud ning magnetiline põhjasuund muutus lõunaks.
Magnetiit võib muutuda hematiidiks, säilitades oma kuju
Oksüdatsiooni käigus asendub magnetiidi oktaeeder mõnikord hematiidiga. Sellist pseudomorfoosi nimetatakse martiidiks.
Must liiv on mineraalide loodusliku sorteerumise tulemus
Lained ja jõevoolud uhuvad kergemad terad minema, tihedam magnetiit aga koondub tumedateks triipudeks.
Üle ligikaudu 580 °C laguneb selle magnetiline korrastatus
Kõrge temperatuur lagundab raua magnetmomentide pikaajalise joondumise, kuigi mineraal võib keemiliselt endiselt magnetiidina säilida.
Magnetiidi kihid talletavad muistsete ookeanide hapnikulugu
Juostuotos geležies formacijos susijusios su geležies oksidacija laikotarpiu, kai Žemės aplinkoje daugėjo laisvo deguonies.
Kõige sagedamini otsitavad vastused
Mis on magnetiit tegelikult?
Miks on magnetiit magnetiline?
Kas magnetiit on sama mis magnet?
Mis on lodestone?
Kas iga magnetiit tõmbab rauda?
Mis värvi on magnetiit?
Mis värvi on magnetiidi kriips?
Mille poolest erineb magnetiit hematiidist?
Mille poolest erineb magnetiit maghemiidist?
Kui kõva on magnetiit?
Miks on magnetiit nii raske?
Millise kujuga on magnetiidi kristallid?
Kus magnetiit tekib?
Kas magnetiiti leidub laavakivimites?
Mis on vöödilised rauamoodustised?
Kuidas on magnetiit kompassiga seotud?
Kas magnetiit suudab säilitada iidse magnetvälja suuna?
Mis juhtub magnetiidiga üle ligikaudu 580 °C juures?
Kas bakterid tõesti kasvatavad magnetiiti?
Mida sümboliseerib magnetiit tänapäevastes praktikates?
Milliste stiihiatega magnetiiti seostatakse?
Väike kristall, mis on ühenduses kogu planeedi väljaga
Magnetiidi teekond võib alata kuumas magmas, kus raual pole veel püsivat kuju. Sulami jahtudes ühineb osa sellest hapnikuga ja kinnitub spinellivõresse.
Kahe- ja kolmevalentne raud jaotub kristalli eri paikade vahel. Nende magnetmomendid asetsevad vastassuunas, kuid ei tühista teineteist täielikult. Sellest ebatäiuslikust joondumisest sünnib jõud.
Kristall võib jääda basaltis väikeseks mustaks teraks, kasvada säravaks oktaeedriks või saada osaks hiiglaslikust rauamaagikihist. See võib ladestuda muistse mere põhja, mägede sügavuses ümber kristalliseeruda või kanduda musta liivaranda.
Maa magnetväljas jahtudes võib see säilitada suuna. Miljonite aastate pärast mõõdab teadlane selle väikese sisemise salvestise ja saab teada, kus asus toona magnetiline põhjasuund, kuidas manner liikus või millal ookeanipõhi avanes.
Teises maailmanurgas kasvatab bakter ühe raku sees magnetiidikristallide ahela. Sama mineraalne struktuur, mis säilitab mäes planeedi iidset välja, muutub elusorganismis orientatsiooni osaks.
Inimesed õppisid magnetiiti esmalt tundma kivina, mis tõmbab rauda. Hiljem sai sellest kompass. Veel hiljem aitas see mõista, et Maal endal on magnetväli ja et selle maakoor liigub.
Võib-olla seepärast räägib magnetiit nii tugevalt suunast. See ei kõrvalda kõiki enda sees olevaid vastassuunalisi jõude. Selle võres püsivad endiselt vastassuunalised magnetilised suunad. Kuid nende erinevus loob ühise tulemuse.
Ka inimene ei pea oma põhjasuuna tunnetamiseks muutuma täiesti ühtlaseks. Temasse võivad jääda kahtlus, puhkuseigatsus, uudishimu, hirm ja tahe. Suund ei teki siis, kui üks hääl kõik teised hävitab, vaid siis, kui piisavalt paljud neist häälestuvad ühe tõeliselt olulise väärtuse ümber.
Magnetiit on must kivi, kuid selle suurim ilu ei peitu värvis. See peitub nähtamatus korras – väikeses kristallsüdames, mis suudab tajuda kogu planeedi välja ja pöörduda vaikselt põhja poole.