Geologian tutkimuskeskus Geofysiikan osasto Q 16/1994/1 Ferri~gneettisten mineraalien mi%thritt&nisestth Curiel-tilan perusteella: aurskausmenetel- vaikutus Meri-Liisa Airo 19.12.1994
JOHDANTO Kivinaytteiden sisaltmat magneettiset mineraalit voidaan maarittaa GTK:n paleomagnetismin laboratorion CS-2 laitteistolla, joka on liitetty KLY-2 kappasiltaan (Jelinek 1980). Laitteistolla mitataan naytteen suskeptibiliteetin vaihtelua lampotilan funktiona alhaisessa magneettikentassa. Suskeptibiliteetin kayttaytymista kuvaavasta ns. termomagneettisesta kayrasta voidaan rnaarittaa kaikkien ntiytteen sisaltmien ferrimagneettisten mineraalien Curie-lampotila eli lampotila, jossa mineraali menettaa ferrimagneettisuutensa ja muuttuu paramagneettiseksi (O'Reilly 1984). Lisaksi voidaan tulkita mineraalien magneettisten ominaisuuksien muutoksia tai kemiallisia muutoksia, jotka tapahtuvat mittauksen aikana. Mittausta varten pieni nokare kivintiytteesta murskataan tai jauhetaan. Murskeessa rakeet eivat saa olla 0,5 mm:ia suurempia, jotta ne mahtuvat termoelementin kanssa naytteenpitimeen. Kivipaly on mursketta alttiimpi kemiallisille muutoksille. Tassa raportissa verrataan keskenaan yhdesta kivinaytteesta eri menetelmillti murskatuista preparaateista ajettuja termomagneettisia kayria. Murskattaessa vasarasta tai alustasta mahdollisesti irtoavat metallihiukkaset voivat vaikuttaa naytteen magneettisiin ominaisuuksiin. Vertailun tarkoituksena oli loytaa kasin vasaroimista nopeampi ja vahemman tyolas koneellinen murskausmenetelmti, jossa kontaminaatiosta ei olisi haittaa. Raporttiin on koottu kaytannon kokemuksia niista tekijoista, jotka on hyva ottaa huomioon Curiepisteita maaritettaessa. MITTAUKSET Testinaytteena oli erittain voimakkaasti magneettista ultramafiittia Havityskuusikosta (suskeptibiliteetti 0.08 (SI) ja remanenssin intensiteetti 6 A/m). Kaikki preparaatit valmistettiin samasta alle 10 cm pitkasta syvakairausnaytteesta, joten preparaattien kemiallisessa koostumuksessa ei ole oleellista vaihtelua ja magneettisen mineralogiankin voidaan olettaa pysyvan samanlaisena. Eri tavoin murskattujen preparaattien termomagneettiset kayrat ovat
liitteissa 1-4. Liitteessa 5 on vertailun vuoksi esimerkki puhdasta magnetiittia sisaltavan kiven termomagneettisesta kayrasta (emaksinen laava, Linkupalo). Ultramafiitista vasaroitiin kasin kaksi preparaattia, joista ensimmaisessa (liite 1) nayte oli muovein suojattu vasarasta tai alustasta irtoavilta metallihiukkasilta, ja toisessa vasaroitiin suojaamatta (liite 2). Pienella leukamurskaimella murskatun naytteen kayra on liitteessa 3. Swingmuhlella jauhettu preparaatti (liite 4) oli hienoa kivipalya. Liitteiden 1-4 termomagneettiset kayrat kayttaytyvat samalla tavalla riippumatta murskausmenete1m~st~, paitsi naytteeella 51B. Kayrilta luetut Curie-pisteet 540-560'~ ovat hieman alhaisempia kuin puhtaan magnetiitin Curie-piste (n. 575'~)~ joten naytteiden sisaltaa ferrimagneettinen mineraali on titanomagnetiitti. Curie-pistetta laskee esimerkiksi titaani- tai Cr203 -pitoisuus. Myds magnetiitin raekokojakautuman vaihtelu naytteessa vaikuttaa Curiepisteeseen. Pienella leukamurskaimella murskattu preparaatti 51A (liite 3) antaa saman 540 astetta kuin vasaroimalla ilman kontaminaatiota valmistettu preparaatti liitteessa 1. Preparaatin 51B kayralta (liite 2) luettu Curie-piste on parikymmenta astetta korkeampi, mika saattaa johtua siita, etta jonkin verran puhdasta titaanikdyhaa magnetiittia muodostuu kuumennuksen aikana. Kayra ei saavuta "nollatasoa", vaan se loppuu "kesken", kun lhmitys automaattisesti paattyy 700 asteessa. Metallisen raudan Curie-pistetta 770'~ (OIReilly 1984) ei saavutettu tassa mittauksessa, mutta muiden preparaatteihin suskepitibiliteetteihin verrattuna korkeammat arvot yli 700 asteessa osoittavat, etta metallista rautaa on todennakoisesti mukana. Liitteen 4 preparaatin 51E kayrassa esiintyy titanomagnetiitin Curie-pisteen lisaksi huomattava notkelma monokliinisen magneettikiisun Curie-lapotilan (320'~) kohdalla. Muillakin naytteilla magneettikiisun aiheuttama heikko notkelma tulee esiin herkennettaessa piirtoskaalaa. Pienempi notko 280 asteen kohdalla voi olla merkki heksagonisesta magneettikiisusta, mutta myos lapdmittarin likaisuus tai uunin kaynti voivat aiheuttaa pienia piikkeja tai tason muutosta termomagneettisessa kayrassti.
Curie-lhpbtila riippuu magneettisen mineraalin koostumuksesta eika sen maarasta. Siksi nkiytemaiiriin tai magneettisen mineraalin miiiiran vaihtelulla naytteessa ei ole merkitysta, jos mittausten paatarkoitus on magneettisen mineraalin tunnistaminen. Lisattaessa murskeen maaraa tilavuudeltaan kaksinkertaiseksi naytteenpitimena olevassa koeputkessa, kasvoi suskeptibiliteetti ennen kuumentamista noin kolminkertaiseksi, mutta termomagneettisten kayrien muodon kannalta maaralla ei ollut merkitysta. CS-2 laitteen valmistajan mukaan naytteen tilavuus saa olla enintaan 0.25 cm 3. JOHTOPAATUKSET Kun magnetoituman paaasiallinen kantaja naytteessa on titanomagnetiitti, kuten Hiivityskuusikon voimakkaasti magnetoituneessa ultramafiitissa, on laitteesta johtuva tai muiden ferrimagneettisten mineraalien vaikutus suskeptibiliteettiin erittain pieni. Magneettikiisu tai hematiitti voidaan tunnistaa pienista mutkista kayrassii niiden Curie-pisteen kohdalla. Maghemiitti tai raudan hydroksidit tunnistetaan kiiyran muodosta, koska niille tietyissa lampotiloissa tapahtuu kemiallisia muutoksia, jotka aiheuttavat muutoksia suskeptibiliteettiin. Kuitenkin kuumennettaessa tapahtuvien kemiallisten tai rakenteellisten muutosten vaikutukset ovat kokonaissuskeptibiliteetin kannalta pienia verrattuna titanomagnetiitin osuuteen. Seka Swingmuhlella jauhetun etta pienella leukamurskaimella murskatun naytteen ominaisuudet vastasivat tarpeellisessa maarin suojattuna vasaroidun naytteen ominaisuuksia. Swingmuhlessa jauhatus tapahtuu teraspannussa, mutta jauhatusajan ollessa lyhyt (alle 15 sek) ei kontaminaatiota ehdi merkittavasti tapahtua (M. Karhunen, suull. tied.). Jauheessa tapahtuu kuitenkin kuumennuksen aikana helposti kemiallisia muutoksia, joiden tuloksena muodostuu magneettisia mineraaleja, esimerkiksi hematiittia tai maghemiittia. Uusien mineraalien vaikutuksen erottaminen naytteen alunperin sisaltihien mineraalien vaikutuksesta kayralla voi olla vaikeaa. Pienella leukamurskaimella valmistettu preparaatti oli raekooltaan sopivaa, eika naytteeseen voi tarttua laitteesta metallihiukkasia (leuat alumiinioksidia ja astia muovia). Vasarallakaan
murskattaessa vaikutus ei kohdistunut magneettisten mineraalien Curie-pisteisiin, vaan mahdollinen kontaminaatio preparoinnin aikana vaikutti paaasiassa vasta magnetiitin Curie-lapbtilan ylapuolella. Talldin termomagneettisessa kayrassa esiintyi merkkeja uusien mineraalien muodostumisesta. Vertailun tuloksena suositellaan preparaatin murskaamista pienella leukamurskaimella, koska tulokset vastasivat kontaminaatiosta puhtaan naytteen mittaamista. Menetelma on nappara (M. Karhunen, suull. tiedonanto) ja murske sopivaa kasitella. Viitteet : Jelinek, V., 1980. Kappabridge KLY-2. A precision laboratory bridge for measuring magnetic susceptibility of rocks (including anisotropy). Leaflet, Geofyzika Brno, 83 pp. O'Reilly, W., 1984. Rock and Mineral Magnetism. Blackie, Glasgow and London.
LIITTEET Termomagneettiset kayrat: - suskeptibiliteetit pystyakselilla ovat suhteellisia - naytteiden H324 ja V120A mittauksissa kaytettiin eri herkkyysasteikkoa - punainen l-itys-, sininen jaahtymiskayra 1. Kasin vasaroitu preparaatti, suojattu muovein. 2. Kasin vasaroitu, ilman suojausta. 3. Pienella leukamurskaimella murskattu preparaatti. 4. Swingmuhlella jauhettu preparaatti. 5. Esimerkki puhtaan magnetiitin Curie-pisteesta.