近日，国际地学期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》在线发表了题为 “Minimum Grain Size Limit for Paleomagnetically Stable Goethite” 的研究成果。此项成果由中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室姜兆霞教授、李三忠教授，澳大利亚国立大学Andrew P. Roberts教授以及南方科技大学刘青松教授等合作完成。

针铁矿是自然界中含量最为丰富的铁氢氧化物，在地球和火星上广泛分布，是开展古地磁学和环境磁学研究的重要载体。但是，由于针铁矿具有矫顽力高、磁性弱的特征，目前对其磁学性质的理解较为匮乏，尤其是其能否记录稳定磁性、记录稳定磁性的粒径范围是多少，这些问题仍未可知。为了解决这个问题，本文在实验室内合成大量不同粒径的针铁矿样品，对其开展了系统研究。

图1 不同粒径针铁矿的扫描电镜结果

结果发现，随着粒径减小，针铁矿载磁能力逐渐下降，矫顽力逐渐减小，解阻温度（T_b)逐渐下降。当颗粒长度和宽度分别降低到100-120 nm和30-40 nm时，解阻温度降低到室温以下，矫顽力降为零，说明针铁矿在该粒径已经表现出超顺磁颗粒（SP）的性质。这远高于其他矿物的SP/SD（单畴）界限，如磁铁矿和赤铁矿（SP/SD：30 nm)。

图2 针铁矿磁学参数随粒径变化规律

针铁矿的SP/SD界限之所以比其他矿物大，其晶体形态是一个重要变量。针铁矿晶体一般呈细长针状或长条状，这种形态各向异性会影响针铁矿的稳定性。我们将Tb和针铁矿宽长比进行绘图，发现Tb随着宽长比的增加而降低，当宽长比为0.3-0.5时，Tb降低到室温，此时对应长度为100-120 nm，宽度为30-40 nm。因此，拉长型晶体结构对针铁矿的磁学性质起到了重要的控制作用。该成果对于研究自然界中针铁矿对剩磁的贡献具有重要的意义。

图3 针铁矿解阻温度和宽长比的相关关系

Jiang, Z., Song, H., Roberts, A.P., Barrón, V., Torrent, J., Dekkers, M.J., Li, S., Zhang, Y., Zhang, J., Zhou, L., Chen, Y. and Liu, Q., 2026. Minimum Grain Size Limit for Paleomagnetically Stable Goethite. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 131(5): e2025JB033286.

文章链接：https://doi.org/10.1029/2025JB033286