Bevezetés
A Covid-pandémia következtében egy év kihagyással került sor az „Év ásványa” megválasztására a Magyarhoni Földtani Társulat szervezésében. A címet a három jelölt (magnetit, kaolinit és gipsz) közül 2022-ben a magnetit nyerte el szoros versenyben. Annak ellenére, hogy a magnetit vas-oxid ásványként általában acélszürke vagy fekete színű, tulajdonságait és jelentőségét tekintve valójában vonzó és színes egyéniség. Ez az ismertetés a számos jellemző bélyeg közül a földrajzi és geológiai vonatkozások kiemelését célozza. Legyen szó akár térképi tájékozódásról, akár nyersanyagokról, acélgyártásról vagy városfejlesztésről, érdemes pár szót ejteni a magnetit sokszínű szerepéről. Sőt, nem kerülhetjük meg akkor sem, ha a kőzetburok tárgyalásakor a földrajzi és a mágneses pólus különbségéről beszélünk, vagy akkor, ha a kontinensek vándorlásához kapcsolódó bizonyítékokat vesszük sorra. Aktív mágneses jellegét, felhasználási lehetőségeit, továbbá biológiai vonatkozásait figyelembe véve a magnetit bemutatása kiváló alkalmat biztosít a tantárgyak közötti összefüggések megvilágítására, a természettudományos ismeretek integrációjára. Oxidásványként az egyik legfontosabb, aktív mágneses vasérc. „Fosszilis iránytűként” fontos szerepe volt a kontinensek földtörténeti léptékű mozgásának felismerésében. Természetes mágnesként összekötő kapocs lehet a földrajzi és a természettudományos tantárgyi (pl. kémia, fizika) ismeretek között.
Ásványtani és kőzettani vonatkozások dióhéjban
A magnetit kémiailag a vas olyan oxidja, amelyben a Fe2+- és a Fe3+-ionok egyaránt megtalálhatók (úgynevezett ferro-ferri-oxid), amit az FeFe2O4 formában megadott összetétele is tükröz (összegképlete: Fe3O4). Képletéből adódóan elméleti vastartalma 72,4%, ezért a legfontosabb vasércásványként a minőségi acélgyártás legkiválóbb nyersanyaga. Gyakori, hogy a magnetit a vas mellett jelentős mennyiségű titánt is tartalmaz (a Ti-gazdag változat neve: titanomagnetit), ami szintén fontos kohászati alapanyag. A vas fekete vagy barnásfekete, opak, fémes vagy félig fémes fényű magnetit gyakran jól fejlett oktaéderes kristályok formájában jelenik meg, de nagyobb tömegben általában szemcsés halmazokat alkot.
A magnetit nem hasad, törése egyenetlen, keménysége közepes (5-6-os a Mohs-skálán). A köbös (szabályos) kristályrendszerben kristályosodik, az úgynevezett inverz spinell szerkezetű rácsában a kationok rácsközti helyeket foglalnak el tetraéderes (Fe3+) és oktaéderes (Fe2+ és Fe3+) elrendeződésben (Koch S. – Sztrókay K. 1968, Bognár L. 1987, Medenbach, O. – Sussieck-Fornefeld, C. 1995, Wasilewski, P. – Kletetschka, G. 1999, Raucsik B. 2020, 1–3. https).
Magnetittartalmú kőzetek: képződési körülmények és elterjedés
A kőzetburokra vonatkozó ismereteket szem előtt tartva megállapítható, hogy a magnetit általában nagy hőmérsékleten kristályosodik. A magmás kőzetekben egyike az első kiválási termékeknek, ezért ha elkülönül a többi ásványtól, önálló érctestet formálva jelentős mennyiségben felhalmozódhat. Kis mennyiségű, de állandó kőzetalkotóként, úgynevezett járulékos elegyrészként szintén gyakori ásvány. Magmás környezetben a parányi (szabad szemmel többnyire nem látható, mikroszkópos méretű) magnetitszemcsék sokasága sötétre színezheti a befoglaló kőzetet, például a bazaltot vagy az andezit alapanyagát.
A magma és a környező karbonátos kőzetek kölcsönhatásakor, kontakt módon (úgynevezett szkarn képződése) szintén kialakulhat, ekkor szulfid- és szilikátásványok kísérik. Vastartalmú üledékes kőzetek átkristályosodása (metamorfózisa) során egyaránt keletkezhet. A magmás és a metamorf eredeten túl üledékes kőzetekben is előfordulhat (pl. sávos vasércek), továbbá idősebb kőzetek lepusztulását követően másodlagos felhalmozódásokat formálhat (pl. tengerparti homok: „fekete homok” vagy „vashomok”; nehézásvány torlatok) (Koch S. – Sztrókay K. 1968, Medenbach, O. – Sussieck-Fornefeld, C. 1995, Harangi Sz. 2015, Raucsik B. 2020).
A magnetit hatalmas telepei találhatók Svédországban (pl. Kiruna, Routivare, Taberg, Dannemora, Norberg), Oroszországban (Kurszk, Magnyitogorszk), az Amerikai Egyesült Államokban (Utah, New York: Adirondack, Minnesota), Chilében, Bolíviában, Dél-Afrikában és Ausztráliában. Norvégia (Bogen) és Ukrajna telepei szintén jelentősek. Magnetitben gazdag homokdűnék ismertek Peruban. A Kárpát-medencében a bánsági kontaktvidék bányái (ma Románia, Vaskő – Ocna de Fier; Dognácska – Dognacea) nemzetközi hírűek (Koch S. –Sztrókay K. 1968, Medenbach, O. – Sussieck-Fornefeld, C. 1995, Gay Jr., S. P. 1999).
Magyarországon bányászatra alkalmas méretű előfordulása nem ismert, de számos lelőhelyről előkerültek szép kristályos példányai, amelyeket a gyűjtemények és a gyűjtők nagy becsben tartanak. A magnetit hazai lelőhelyei közül a legismertebbek Vas megyében (a Kőszegi-hegység: Írott-kő, Felsőcsatár, Vaskeresztes), továbbá a Balaton-felvidéken (pl. Badacsony, Zalahaláp, Celldömölk Ság-hegy) találhatók. Előbbinél kloritpalából kerültek elő pompás magnetit oktaéderek, utóbbi területen a bazalt hólyagüregeiben nőttek szép sajátalakú kristályai. A fontos lelőhelyek között említik még a Velencei-hegységet, továbbá Nagybörzsöny, Szarvaskő (Bükk hegység), Recsk, Rudabánya, Perkupa szerepel a leírásokban. Magyaregregy közelében a miocén korú konglomerátumban rögök, hömpölyök formájában vált ismertté, bauxitban (pl. Halimba) többnyire törmelékes szemcséket alkot (Koch S. – Sztrókay K. 1968, Koch S. 1985, Harangi Sz. 2015).
A magnéziai kőtől a navigációig
A magnetit neve ókori görög eredetű, arról a thesszáliai Magnesia városáról nevezték el, amely a magnezit ásvány (magnesia alba, magnézium-karbonát, MgCO3), továbbá a magnézium (Mg) és a mangán (Mn; magnesia nigri: MnO2, mangán-dioxid) kémiai elemek névadója is egyben. Eredetére, illetve legfontosabb fizikai tulajdonságára, a mágnességre utalnak közismert nevei: magnéziai kő, mágnesvas, mágnesvaskő vagy mágnesvasérc (angolul: lodestone). A magnetit ugyanis egy természetes mágnes, a Földön ismert ásványok között a legerősebben mágneses (úgynevezett ferrimágneses) tulajdonságú. Ez a különleges jellemző segíti a meghatározását: hozzátapad a mágneshez; sőt, nagyobb tömege maga is mágnesként viselkedik (permanens vagy állandó mágnes), azaz képes magához vonzani kisebb vasdarabokat vagy elmozdítani az iránytűt (Koch S. – Sztrókay K. 1968, Wasilewski, P. – Kletetschka, G. 1999, Varga A. 2019).
A tájékozódás eszköze, vagy mégsem?
Bizonyos ásványok, közöttük a magnetit mágneses jellege már az ókorban is ismert volt. Az iránytű ősét, a „délt irányító kanalat” a szárazföldi utazók Kínában már alkalmazták. Az első szerkezetek még vízzel töltött edényben elhelyezett, falapra rögzített vagy szalmaszálak közé szőtt, tutajszerűen úszó fémszálakat tartalmaztak. Az iránytű („delejtű”) arab közvetítéssel jutott el Európába, majd miután a mágneses tűt függőleges tengelyre helyezték és dobozba foglalták, a hajóutak nélkülözhetetlen kísérőjévé vált. A klasszikus iránytű, illetve fejlettebb utóda, a tájoló a Föld mágneses mezőjét érzékeli. A mágneseknek mindig két pólusuk van: északi és déli. Az iránytű vagy a tájoló a mágneses északi irány kijelölését teszi lehetővé, ami többnyire nem esik egybe a földrajzi észak irányával. Utóbbit ugyanis a földrajzi Északi-sark helye, azaz a Föld forgástengelyének északi félgömbi felszíni döféspontja határozza meg. A mágneses pólus helye ráadásul nem állandó, emberi léptékkel nézve is viszonylag gyorsan elmozdul a földrajzi pólushoz képest. Miután a térképek ez utóbbihoz viszonyítva készültek, attól függően, hogy honnan indultunk el (és merre tartunk), más-más mértékben szükséges korrigálni az iránytű által mutatott irányt (Báldi T. 1994, Wasilewski, P. – Kletetschka, G. 1999, 4. https).
A mágneses tulajdonságú magnetit tehát lehetővé tette a tájékozódás egyik kiváló eszközének a megszületését. Azonban ha túl nagy tömegben fordul elő, meg is zavarhatja az iránytűvel történő navigációt. Erre többek között Tasmániából jegyeztek fel példákat, ahol számos területen erősen mágneses kőzettestek (magnetitet tartalmazó ultrabázisos-bázisos magmás kőzetek, például bazalt és dolerit) fordulnak elő. Ezek helyi mágneses mezője nagymértékben befolyásolhatja, eltérítheti az iránytű által mutatott északi irányt, ami tájékozódási problémákat okozott (Leaman, D. 1997). A mágneses tájolók szokatlan viselkedése szerencsére hasznos is lehet: a földrajzi, majd geomágneses felmérések során tapasztalt anomális mágnesség vezetett el az oroszországi Kurszk hatalmas vasérctelepeinek (elsősorban magnetit és hematit) felfedezéséhez. A Moszkvától délnyugatra kb. 500 km-re elhelyezkedő régióban találjuk a legnagyobb földi mágneses anomáliák egyikét (Taylor, P. T. et al. 2014).
A „befagyott iránytű”
A kőzetolvadékból elkülönülő és megszilárduló magnetitkristályok a Föld mágneses mezőjét követve az aktuális mágneses erővonalaknak megfelelően rendeződnek. Az olvadék megszilárdulása után, mint parányi „befagyott iránytűk”, rögzítik a mágneses pólusok helyzetét és irányát. Ez a jelenség kiválóan alkalmas a régmúlt idők földi mágneses tere jellemzőinek, az egykori földmágnesség polaritásának követésére (paleomágneses kutatás), továbbá lényeges geofizikai bizonyíték volt a kontinensvándorlás igazolásában (Báldi T. 1994, Medenbach, O. – Sussieck-Fornefeld, C. 1995).
Az egymástól távolodó kőzetlemezek szegélyén, az óceánközépi hátságok hasadékvölgyében a vulkáni tevékenység viszonylag keskeny (alig 1 km széles) sávra korlátozódik. A hátságokban felszínre törő bazaltláva megszilárdulásakor a mágneses ásványok, közöttük a magnetit, a korabeli mágneses erőtérnek megfelelően beállva „fosszilis iránytűket” alkotnak. Az 1950-es évek végén számos óceáni területen – hajók által vontatott magnetométerekkel – megvizsgálták a szétterjedő, fokozatosan gyarapodó óceáni aljzat mágneses tulajdonságait. A kapott értékek eltérései (úgynevezett anomáliái) az óceánközépi hátságok tengelyével párhuzamosan sávozott, megnyúlt, kétoldali szimmetrikus rajzolatot mutattak. A kutatók értelmezése szerint ezek a szimmetrikusan elhelyezkedő, eltérő mágnességre utaló sávok a földi mágneses dipól átfordulásai miatt jöttek létre. A mágneses ásványok alkotta iránytűk a mágneses erőtér átfordulási epizódjait rögzítették az óceáni kéreg kőzeteiben. Amennyiben a jelenleginek megfelelő a mágnesség polaritása, akkor a normál polaritású bazaltok növelik a kérget. Ha ezzel ellentétes, úgynevezett reverz (fordított) polaritás alakul ki, az egyidejűleg képződött bazaltok mágnessége ezt a helyzetet őrzi meg. Az óceáni aljzat szétterjedése következtében a hátságokban képződő bazalt „magnószalagként” rögzíti a földi mágneses polaritás változásait (Báldi T. 1994, Cox, A. V. – Hart, R. B. 2009).
Annak ellenére, hogy a mágneses polaritás átfordulásainak okát még napjainkban sem ismerjük, a geológiailag rövid idő (néhány 100–1000 év) alatt lejátszódó, globálisan egyidejű eseményt képviselő átfordulások sávjai az idő relatív mérésére is felhasználhatók. A paleomágneses mintázatban a jól azonosítható, kiugró anomáliák segítségével az összetartozó egységek nagyobb távolság esetén is kimutathatók (magnetosztratigráfia). A paleomágneses vizsgálatok lehetővé teszik azt is, hogy kontinensekre (pontosabban kőzetlemezekre) lebontva minden egyes földtörténeti időszakra meghatározzuk az őspólus (paleopólus) helyzetét. A kapott őspólusok térképi ábrázolása adja a látszólagos pólusvándorlási görbét, ami valójában az egyes kontinensek vándorlását tükrözi, hiszen a mágneses pólus helye a földfelszín egészéhez képest csak nagyon szűk tartományon belül változott (Báldi T. 1994).
A beépített iránytű: a biomágnesség mint navigációs eszköz
A magnetit egyike azoknak a különleges ásványoknak, amelyek keletkezhetnek az élő természetben szerves úton. A biológiai közreműködéssel létrejött magnetithez általában biomágnesség kapcsolódik. Biogén magnetitkristályok vagy mágneses receptorok számos élőlényben megtalálhatók a baktériumoktól (pl. Magnetospirillum magnetotacticum, M. magneticum, Magnetococcus marinus) kezdve egyes állatfajokon (pl. méhek, halak: lazacok vagy angolnák, vándormadarak) át az emberig (az agyban). Az állatvilágban többnyire a Föld mágneses terében történő tájékozódást segítik, de a mágneses kristályok biológiai szerepének minden részlete még napjainkban sem tisztázott (Pósfai M. 2009, Pósfai M. et al. 2013, Naisbett-Jones, L. C. et al. 2020).
A mágneses (vagy magnetotaktikus) baktériumok sejtjeiben ferrimágneses nanokristályok (vas-oxid: magnetit vagy vas-szulfid: greigit) képződnek, amelyeket biológiai membrán vesz körül, ezáltal kialakítva az úgynevezett magnetoszómákat. Az egyes sejtek eltérő alakú, méretű és rendezettségű kristályokat választanak ki. A magnetoszómák többnyire láncba vagy láncokba rendeződnek, de szétszórt kristályok is lehetnek. A mágneses kristálylánc a Föld mágneses teréhez igazodik, így az erővonalakkal párhuzamos irányba forgatja el az egész sejtet. A mágneses baktériumok vízi élőhelyeken (tengerek, tavak, mocsarak) és ezek oxigénszegény üledékeiben élnek. A magnetoszómák segítségével a baktériumok képesek a mágneses térhez igazodva felfelé és lefelé navigálni úgy, hogy a számukra legkedvezőbb életteret, az oldott oxigént még tartalmazó és az oxigénmentes rétegek átmeneti zónáját megtalálják (Pósfai M. 2009, Pósfai M. et al. 2013).
Minőségi acélgyártás: az időjárásálló acél
A magnetit a vas egyik legfontosabb ércásványaként kiemelt nyersanyaga az acélgyártásnak. Az „Év ásványa” bemutatásának zárásaként egy városfejlesztéssel kapcsolatos építészeti újdonságot szeretnék kiemelni, az időjárásálló vagy corten (Cor-Ten) márkanéven ismert acélt. Ez az épületek és acélszerkezetek új típusú anyagaként megjelent fém építő- és burkolóanyag egyre több helyen bukkan fel hazánkban is, alkalmazták a pécsi tettyei kolostorrom rekonstrukciójában, a budai Várkert Bazárban és a négyes metró több állomásán.
A corten olyan nagy szakítószilárdságú, kiemelten idő- és időjárásálló szerkezeti acél, amely a felületén kialakuló, természetes hatást tükröző, védő rozsdaréteg (patina) következtében esztétikailag is különleges. A hagyományos acéltól eltérően nem igényel további korrózióvédelmet és rendszeres karbantartást, ezért költséghatékony, továbbá környezetbarát. A levegőn lejátszódó oxidációs folyamat eredményeként az idő múlásával (~2–6 év) a helyi éghajlati viszonyoknak (pl. hőmérséklet, csapadékmennyiség, páratartalom) megfelelően alakul ki a felületi nemes rozsdaréteg, ami egyedi és változó színhatást kölcsönöz az alkotásnak (5. https).
