SIFAT MAGNETIK BATUAN
Oleh Sutrimo (D621 10 006) Batuan yang merupakan material pembentuk kerak bumi memiliki sifat- sifat yang dapat diperikan dan digunakan untuk membedakan antara satu dengan yang lainnya.Salah satu sifat batuan yang biasanya diperikan adalah sifat kemagnetan batuan. Sifat magnet pada batuan dipengaruhi oleh kandungan mineral pada batuan tersebut.Sifat magnetik pada mineral ini dikaji secara mendalam dalam bidang paleomagnetisme atau kemagnetan purba. Stabil tidaknya magnetisasi pada suatu batuan sangat tergantung pada jenis mineral dan ukurannya. Sifat magnetik pada batuan ini juga berperan dalam metode geomagnetik untuk eksplorasi. Metode magnet adalah salah satu metode geofisika yang digunakan untuk menyelidiki kondisi permukaan bumi dengan memanfaatkan sifat kemagnetan batuan yang diidentifikasikan oleh kerentanan magnet batuan. Setiap jenis batuan memiliki sifat dan karakteristik tertentu dalam medan magnet yang dimanifestasikan dalam parameter susceptibilitas magnetik batuan atau mineralnya (k). Susceptibilitas magnet batuan adalah harga magnet suatu batuan terhadap pengaruh magnet, yang pada umumnya erat kaitannya dengan kandungan mineral dan oksida besi. Semakin besar kandungan mineral magnetit di dalam batuan, akan semakin besar harga susceptibilitasnya. Sifat magnetik material pembentuk batuan – batuan dapat dibagi menjadi diamagnetik, paramagnetisme, ferromagnetik, antiferromagnetik, ferrimagnetik. Tabel 1 Sifat magnetik dari sejumlah batuan dan mineral magnetik (Hunt dkk., 1995) Batuan/ Mineral
Massa Jenis (103 kg m-3)
Suseptibilitas Magnetik Volume (k) Massa ( ) (10-6 SI) (10-8m3kg-1)
Tc (0C)
Batuan beku
Andesite Basalt
2,61 2,99
Diorite
2,85
Gabbro
3.03
170.000 250180.000 630130.000 1.00090.000
6.500 8,4-6.100 22-4.400 24-30.000
1
Granite Batuan Beku Asam (rata-rata) Batuan Beku Basa ( rata-rata) Batuan Sedimen Lempung Batu Bara Gamping Batu Pasir Batu Sedimen (rata-rata) Batuan Malihan
Amphibolite Gneiss Quartzite Schist Slate
Batuan Malihan (rata-rata) Mineral Magnetik Magnetite(Fe3O4; Ferimagnetik)
Hematite
2,64 2,61
0-50.000 38-82.000
0-1.900 1,4-3.100
2,79
550120.000
20-4.400
1,70 1,35 2,11 2,24 2,19
170-250 25 2-25.000 0-20.900 0-50.000
1,9 0,1-1.200 0-931 0-2.000
2,96 2,80 2,60 2,6 2,79 2,76
750 0-25.000 4.400 26-3.600 0-35.000 0-73.000
25 0-900 170 1-110 0-1.00 0-2.600
1.000.0005.700.000 500-40.000
20.000140.000 10-760
575585 675
2.000.0002.500.000 2.0003.800.00035-5.000 3.200.000
40.00050.000 45-80.000
-600
1-100 69.000
320
4.27
1.10012.000
26.280
-120
2.65 2.83 2.17 7.50
-(13-17) -(7.5-39) -(10-16) -33
-(0.5-0.6) -(0.3-1.4) -(0.48-0.75) -0.44
(Fe2O3;canted antiferomagnetik) Maghematite(Fe2O3 ; ferimagnetik) Ilmenite(FeTiO3; antiferomagnetik) Pyrite(FeS2) Pyrrhotite(Fe7S8; ferimagnetik) Goethite(FeOOH; antiferomagnetik) Mineral non- magnetik Kuarasa(SiO2) Kalsit(CaCO3) Halite(NaCl) Galena(PbS)
5.18 5.26 4.90 4.72 5.02 4.62
-233
A. Diamagnetik Mineral diamagnetik adalah mineral yang tidak dapat ditarik sedikitpun oleh magnet (tidak terpengaruh oleh gaya tarik magnet). Dalam batuan diamagnetik atom–atom pembentuk batuan mempunyai kulit elektron berpasangan dan mempunyai spin yang berlawanan dalam tiap pasangan. Jika mendapat medan 2
magnet dari luar orbit, elektron tersebut akan berpresesi yang menghasilkan medan magnet lemah yang melawan medan magnet luar tadi mempunyai susceptibilitas k negatif dan kecil, dan susceptibilitas k tidak tergantung dari pada medan magnet luar. Contoh batuan/mineral diamagnetik adalah sebagai berikut : Grafit (C)
Halite (NaCl)
Marbele
Calcite (CaCO3)
Marmer
Ortoklas (KAlSi3O8)
Anhidrit (CaSO4)
Plagioklas ((Na,Ca)(Si,Al)4O8)
Pirolusit (MnO2)
Talk(Mg3Si4O10(OH)2)
Serpentinite
Gipsum (CaSO4·2H2O)
Sulfur (S)
Intan (C)
Kuarsa (SiO2)
Berikut ini adalah beberapa contoh gambar mineral diamagnetik :
B. Paramagnetik Terdapat kulit elektron terluar yang belum jenuh yakni ada elektron yang spinnya tidak berpasangan. Jika terdapat medan magnetik luar, spin tersebut berpresesi menghasilkan medan magnet yang mengarah searah dengan medan tersebut sehingga memperkuatnya. Akan tetapi momen magnetik yang terbentuk terorientasi acak oleh agitasi termal, sehingga susceptibilitas k positif dan > 1 serta bergantung pada temperatur. Contoh mineral paramagnetik : Siderite
Columbite
Chromite
Franklinite 3
Ilmenite
Ilmenit (FeTiO3)
Tantalite
Piroksen ((Mg,Fe)SiO3)
Hematit (Fe2O3)
Mineral mika (Biotit, Muskovit,
Pirit (FeS2)
Flogofit)
Kalkopirit (CuFeS2) Olivin ((Mg, Fe)2SiO4)
Berikut ini adalah beberapa contoh gambar mineral paramagnetik :
C. Ferromagnetik Terdapat banyak kulit electron yang hanya diisi oleh suatu electron sehingga mudah terinduksi oleh medan luar.keadaan ini diperkuat lagi oleh adanya kelompokkelompok bahan berspin searah yang membentuk dipole-dipol magnet (domain) mempunyai arah sama, apalagi jika didalam medan magnet luar. Mempunyai sifat susceptibilitas k positif dan jauh lebih besar dari satu. Susceptibilitas k bergantung dari temperature. Contoh mineral ferromagnetik : Besi (Fe) Nikel (Ni) Kobalt (Co) Magnetit (Fe3O4) Pyrrhotit (Fe1-xS) Maghemite (Fe2O3, γ-Fe2O3) Isovite ((Cr,Fe)23C6) Chromferide (Fe3Cr1-x) Symthite ((Fe,Ni)9S11 atau ((Fe,Ni)13S16) Wilhelmramsayite (Cu3FeS3 2(H2O) 4
Batiferrite (Ba[Ti2Fe10]O19) Berikut ini adalah beberapa contoh gambar mineral ferromagnetik :
D. Antiferromagnetik Pada bahan antiferromagnetik domain-domain tadi menghasilkan dipole magnetic yang saling berlawanan arah sehingga momen magnetic secara keseluruhan sangat kecil. Bahan antiferromagnetik yang mengalami cacat kristal akan mengalami medan magnet kecil dan suseptibilitasnya seperti pada bahan paramagnetic, tetapi harganya naik sampai dengan titik curie kemudian turun lagi menurut hukum curieweiss. Contoh mineral antiferromagnetik : Hematite (Fe2O3 ) Goethite(FeOOH) Ilmenite(FeTiO3) E. Ferrimagnetik Pada bahan ferrimagnetik domain-domain juga saling antiparalel tetapi jumlah dipol pada masing-masing arah tidak sama sehingga masih mempunyai resultan magnetisasi cukup besar. Suseptibilitasnya tinggi dan tergantung temperatur. Material ini mempunyai susceptibilitas magnetik yang sangat besar dan tergantung pada suhu, domain-domain magnetik dalam material ini terbagi-bagi dalam keadaan daerah yang menyearah saling berlawanan tetapi momen magnetik totalnya tak nol jika medan luar nol. Praktis semua mineral magnetik adalah ferrimagnetik. Meskipun dalam beberapa hal magnetisasi batuan bergantung terutama pada kekuatan sesaat dar sesaat dari medan magnetik bumi di sekeliling dan kandungan mineral magnetiknya. Contoh mineral ferrimagnetik : 5
Magnetit ( Fe3O4 ) Ilmenit ( FeTiO3 ) Pirhotit ( FeS ). Magnetite(Fe3O4) Maghematite(Fe2O3) Pyrrhotite (Fe7S8)
6
