2.1.5. Магнітні властивості грунтів

Всі ґрунти в більшому або меншому ступені мають магнітні властивості. Їх намагнічений стан характеризується величиною результуючого магнітного моменту одиниці об'єму або одиниці маси ґрунту. Результуючий магніт­ний момент одиниці об'єму (маси) ґрунту, викликаний однорідним магнітним полем і званий намагніченістю, є геомет­ричною сумою результуючих магнітних моментів його окремих атомів. Для одних речовин (феромагнетиків) намагніченість є складною функцією зовнішнього магнітного поля, для інших (діа- і парамагнетиків) - в певних інтервалах полів і температур ця функція може бути лінійною.

Магнітне сприйнятливість є коефіцієнтом пропорційності між намагніченістю і зовнішнім магнітним полем, що створило її, і чисельно рівна відношенню намагніченості до напруженості магнітного поля. Розрізняють об'ємну і питому магнітну сприйнятливість. Перша з них є величиною безрозмірної, друга має розмірність, зворотну густині, - м3/кг. Вона чисельно рівна об'ємній магнітній сприйнятливості, поділеній на густину ґрунту.

Магнітна сприйнятливість є однією з найважливіших харак­теристик магнітних властивостей. Її знак і величина використовувалися для виділення трьох видів магнетиків: 1) діамагнетиків (10^-7); 2) парамагнетиків (10^-6) і 3) феромагне­тиків (10⁵).

Діамагнетизм властивий всім без виключення матеріалам, у багатьох випадках він пригнічується більш сильними пара- і феро­магнітними ефектами. Характерна риса діамагнетиків – відсутність магнітного моменту (він рівний нулю у окремих атомів) у нульовому магнітному полі.

До діамагнітних мінералів відносяться багато самородних мінералів (мідь, цинк, срібло, золото, сірка, графіт і ін.) і найважливіших породоутворюючих мінералів - кварц, ангідрит, галіт і ін. Серед гірських порід до чистих діамагнетиків можуть бути віднесені кам'яні солі, крейда і вапняк.

Парамагнетики відрізняються від діамагнетиків тим, що мають постійний магнітний моментом. Парамагнетик не намагнічений за відсутності зовнішнього магнітного поля унаслідок хаотичного розподілу у них магнітних моментів окремих атомів. Лише під впливом зовнішнього магнітного поля елементарні магнетики (атоми і молекули парамагнетиків) набувають орієнтування, що обумовлює появу індуктивного намагнічення. До цього типу магне­тиків відносяться дуже багато мінералів і гірських порід (наприклад, пірит, рутил, епідот, шпінель, турмалін, авгіт, сидерит, біотит і ін.).

Основна особливість феромагнетиків - їх спонтанна намагніченість. За відсутності зовнішнього магнітного поля тіло феромагнетика в цілому не має магнітного моменту оскільки магнітні моменти спинів доменів неоднакові по величині і напряму (хоча кожна з цих областей намагнічена до насичення). При накладенні зовнішнього магнітного поля магнітні моменти доменів строго орієнтуються по напряму поля, що обумовлює намагніченість феромагнетика. Частина цієї намагніченості зберігається при знятті зовнішнього магнітного поля, внаслідок чого феромагнетики за відсутності поля можуть бути намагнічені. До власне феромагнітних мінералів відноситься самородне залізо, магнітна сприйнятливість якого сягає тисяч одиниць. Більшість мінералів заліза є феромагнетиками (магне­тит, титаномагнетит, піротин і ін.). Магнітна сприйнятливість магнетиту сягає 20, у решти мінералів - не більше 0,4.

Магнітні властивості ґрунтів визначаються їх хіміко-мінераль­ним складом і структурою - співвідношенням діа-, пара- і феромаг­нітних мінералів і їх взаємозв'язком. Проте ведуча роль у створенні магнітних властивостей ґрунтів належить феромагнетикам, оскільки їх магнітна сприйнятливість на багато порядків перевищує магнітну сприйнятливість основних діа- і парамагнітних мінералів. Навіть незначний вміст в ґрунтах феромагнітних мінералів (десяті і соті частки процен­та) виявляється достатнім для прояву в них типових феро­магнітних властивостей (точки Кюрі, петлі магнітного гістерезисну і ін.). Необхідно також враховувати наявність в ґрунтах легко гідратуючихся мінералів, що особливо важливо для високодисперсних глиняс­тих ґрунтів.

Магнітні властивості ґрунтів залежать від їх структурних особливостей, зокрема від розміру, форми і розташування феромагнітних компонентів. Звичайно із зростанням дисперсності останніх їх маг­нітна сприйнятливість зменшується. Магнітна сприйнятливість ґрунтів змінюється в широкому діапазоні. Найбільша її величина характерна для магматичних по­рід для яких характерний зменшення від ультраоснов­них порід до кислих, відповідно до зміненим їх мінерального складу.

Практично немагнітні кислі породи, об'ємна магнітна сприйнятливість метаморфічних порід дещо менше в порівнянні з магматичними. Незначна магнітна сприйнятливість характерна для глинястих сланців, фі­літів, кристалічних сланців, кварцитів, гнейсів, мармурів і інших порід. Високі значення цього параметра властиві залізистим кварцитам, роговикам, серпентинітам, скарнам і магнетитовим сланцям.

Осадові породи практично немагнітні або слабо маг­нітні, що частково обумовлене невеликим вмістом в них феро­магнітних з'єднань. Якнайменшу магнітну сприйнятливість мають вапняки, доломіт, ангідрит, гіпс, солі і інші хемогенні породи, що складаються в основному з діамагнітних мінера­лів. Слабомагнітні і магнітні різновиди встановлені серед пісків, пісковиків і глин, причому звичайно при переході від піщано-пилуватих порід до глинястих їх магнітна сприйнятливість зростає.