Ученые научились превращать камни в магниты

В ходе лабораторных экспериментов был найден способ превращения определенных видов камней в магниты

Если вы нагреете камень, скорее всего, вы получите просто горячий камень. Но, подогрев нужный вид камня до правильной температуры, вы можете получить магнит, утверждают ученые.

Люди обнаружили естественные магниты задолго до того, как были изобретены маленькие магниты, которые крепятся к холодильникам, или большие магниты, которые поднимают автомобили на свалках. Самый сильный и часто встречающийся естественный магнит – это магнитный железняк. Он состоит из коричневато-черного минерала, названного магнетитом. Естественные магниты являются природными компасами: подвесьте его на нить или провод, и он будет вращаться, пока его магнитное поле не выровняется с магнитным полем Земли.

Магнитное поле – это область вокруг материала, в которой можно наблюдать его магнитные свойства. Эти свойства появляются благодаря активности крошечных отрицательно заряженных частиц – электронов, которые находятся внутри всех атомов. Магнитные свойства материала зависят от того, как электроны крутятся вокруг ядер его атомов, особенно те электроны, которые не соединены определенным образом с другими электронами (свободные электроны). Если большое количество свободных электронов вращаются в одинаковом направлении (представьте себе много волчков, вращающихся на столе или другой плоской поверхности), магнитное поле объекта будет сильным. Если же все свободные электроны вращаются в случайных направлениях, магнитное поле объекта или очень слабое, или отсутствует.

Некоторые материалы, такие как естественные магниты, создают постоянное магнитное поле. Другие материалы со свободными электронами, например, железо, могут намагничиваться: когда их помещают в магнитное поле, их атомы начинаются вращаться в одном направлении.

Ученые не знают, каким образом намагничиваются некоторые типы камней, включая естественные магниты. Но новые результаты лабораторных исследований объясняют, как некоторые камни могут намагничиваться естественным образом.

Геолог в Университете По во Франции Шарль Обург и его коллеги нагревали образцы определенного вида осадочных пород до 130 градусов Цельсия (приблизительно 266 градусов по Фаренгейту). Осадочная порода образуется в результате выветривания и разрушения различных горных пород. Разрушенные породы превращаются в камень под воздействием высокого давления глубоко в Земле в течение долгого времени, иногда миллионов лет.

Команда Обурга взяла свои образцы горных пород в северной Франции, но похожие камни можно найти во всем мире. В каждом образце содержалось большое количество глины и ила (оба они состояли из крошечных частиц, которые отслоились от других камней). Но, что важно, эти камни также содержали небольшое количество железосодержащего минерала пирита.

Сначала команда использовала сильное магнитное поле, чтобы исчезла любая намагниченность, которая появилась в образце естественным образом. Затем исследователи нагрели камень в сильном магнитном поле согласно определенной последовательности: 25 дней – до 50 градусов Цельсия, затем – 25 дней до 70 градусов, 25 дней да 80 градусов, 10 дней до 120 градусов и последние 10 дней – до 130 градусов. Этот диапазон температур совпадает с диапазоном температур скал, расположенных между 2 км и 4 км в глубине земной коры, объясняет Обург.

Магнитное поле камней увеличивалось на каждой стадии нагревания. Сильнее всего оно увеличивалось в первые дни каждого этапа. Растущий магнетизм образцов говорит о том, что высокая температура вызвала реакции, которые заставили часть пирита химически трансформироваться в магнитные минералы.

Исследования, проведенные после нагревания, показали, что этими магнитными минералами являлись очень маленькие частички магнетита. Эти частички были столь малы – меньше 20 миллимикронов в диаметре, что 100 таких частиц, уложенных рядом, будут иметь ширину всего лишь одного человеческого волоса. Исследователи сообщили о своих результатах в научном журнале Geochemistry, Geophysics, Geosystems.

Поскольку частички магнетита были очень маленькими, поиск одной из них «был бы похож на попытку найти иголку в стоге сена», говорит геолог Дуглас Элмор, специалист по осадочным породам в Университете Оклахомы в Нормане. Однако он отмечает, что доказательства свидетельствуют о том, что нагревательные эксперименты создали маленькие частички магнетита, а не другого магнитного минерала.

Исследования по изучению камней в их естественной среде навели на мысль о том, что камни, находящиеся в верхних слоях земной коры и нагревающиеся там естественным образом, могут намагничиваться, говорит Элмор. Новые лабораторные исследования предоставляют еще более убедительные доказательства того, что такое намагничивание происходит естественным образом, добавляет он.

Изучение магнитного поля древних скал помогает ученым лучше понять историю Земли, включая то, как изменилось с течением времени магнитное поле планеты.