世间万物最根本的源头在于能量，能量最小化是物质及其状态稳定存在的基础。

和磁性矿物最相关的是热能和磁能。

关于热能，我们最好理解，只要改变温度就能改变磁性矿物所含的热能。显然，温度越高，热能越大。我们常说一个人非常着急，坐立不安，就像热锅上的蚂蚁一样。对于磁性矿物也是这样，当温度升高时，其内部结构就会变得不稳定。

那么这里提及的磁性矿物结构到底是什么结构？

首先最好理解的就是磁性矿物的晶格结构。铁元素在自然介质中可以有两种存在方式，第一种是以独立的离子方式存在，比如Fe²⁺和Fe³⁺。在黏土矿物中就含有大量的铁离子。这些铁离子当然具有磁性，会对外场产生响应。只要我们加一个外磁场，这些铁离子就像小磁针一样向外场方向偏转，产生磁化。然而，当我们把外场去除掉的时候，这些铁离子的磁化方向又重新变混乱，从而其整体磁矩变为零，我们把这种磁学性质称之为“顺磁性”（paramagnetic）。

在这里，我们引入了磁化的概念。对于同样一个外场，有的物质就容易被磁化，有的物质就不容易被磁化。为了比较这种性质，我们用磁化率来表示。磁化率是衡量一个物质被磁化容易程度的量。

对于顺磁物质，它的磁化率（χ）、磁化强度（M）和外磁场（H）之间的关系非常简单：

M = χH

这是一个简单的正比例函数，其中磁化率χ是一个常数。

如果我们把M和H的关系画成图像，就会发现这是一个过第一和第三象限的直线，且通过原点。

我们立即就发现一个问题，外场H越大，磁矩M就越大。那么M可以无限大下去吗？如果那样的话，就不存在一个饱和的状态，所谓饱和是指当H再增大时，M不再变化。

目前全球古地磁实验室所能加的最大磁场一般不超过2.5特斯拉（T，磁场单位T和温度符号T在本书中会混用，但是一般不会产生歧义），最大不超过10 T。有些磁学实验室（比如英国利物浦大学的古地磁实验室）就有能产生7-8 T的外加磁场装置。即使是10 T也不能使得顺磁物质饱和，但是随着外场再加大，比如到几十 T 以上的时候，外加磁场会对原子外面的电子磁矩产生影响，从而影响其磁学性质。

顺磁物质最大的特点就是，当外场去除后，它不携带剩磁（Remanent Magnetization），所谓剩磁就是“剩下的磁性”。

除了单个的铁离子状态，众多铁离子还可以连接成阵，就像全真七子的“天罡北斗阵”一样，相互支撑，相互联系，其效率就会大为增加。

铁离子和铁离子之间要想连接在一起，还需要中间媒介（比如氧离子或者硫离子）。我们在初中时就已经学了基本的化学离子键概念。氧离子就像牛郎，一边牵着一个孩子（铁离子）。关键在于，根据泡利不相容原理，这两个相邻铁离子的磁矩必须成反向排列。一个向上，另一个必须向下。只有这样，两个磁矩之间的相互作用能才最小。

我们想象一下，铁离子和氧离子在空间中定向排列，先排一层氧离子，其两边再各排一层铁离子。在每一层中，铁离子的磁化方向一致。但是在相邻两层中，铁离子的磁化方向必然反向。

有了这种晶格结构，铁离子之间就有了相互作用，从而也就引入了磁能。

于是磁能和热能之间就开始展开较量。磁能的作用是使得铁离子的空间结构保持稳定，而热能的作用是使得铁离子变成热锅蚂蚁，其磁矩方向变得凌乱。总的说来，当逐渐加热时候，热能克服磁能，铁离子的空间点阵结构就会慢慢被破坏，从而磁性矿物的整体磁矩就会降低。

当温度升高到一个特定温度时，铁离子之间的点阵结构被彻底打乱，那么这个温度我们把它定义为居里温度（对铁磁性和亚铁磁性矿物来说是T_C）（对反铁磁性矿物来说是尼尔温度T_N）。

所以，居里温度其实就是指磁性矿物的晶体结构被打乱的温度。那么在距离温度之上，磁性矿物处于什么状态呢？

我们再回想一下顺磁性物质，其铁离子之间相互不干扰。在T_C之上，由于热能的作用，铁离子之间也不存在相互作用了，那么这种状态也是顺磁性。

一定记住，再T_C之上，磁性矿物处于顺磁性状态！

可见如果铁离子之间的相互作用越强，T_C就会越高，反之就会越低。

那么如何才能降低一种磁性矿物的T_C呢？

从上面的论述我们可以得到暗示，那就是降低铁离子之间的相互作用能。其中一个非常有效的方法是在磁性矿物的晶格里掺杂没有磁性的离子，比如铝离子Al³⁺或者钛离子Ti⁴⁺。统计意义上讲，晶格中这些没磁性的离子含量越高，单位体积内的铁离子含量就少，其相互作用能整体就会偏低，从而T_C降低。

我们举个例子，比如磁铁矿的T_C为578°，而当晶格中加入钛离子变为钛磁铁矿后，其T_C就会比578°低。再比如赤铁矿的尼尔温度大约是685°。当赤铁矿的晶格中掺入铝离子后，其尼尔温度要低于685°。

如果我们发现一种矿物的特征温度是550°，它可能是含钛磁铁矿，也可能是含铝赤铁矿。这种多解性是岩石磁学的难点所在。

由一种矿物比较特别，那就是磁赤铁矿。这种矿物的化学分子式和赤铁矿一模一样，都是Fe₂O₃，但是他们的晶格结构完全不同。所以，在化学世界里，不要看到相同的分子式就认为是一种矿物，有时它们差距甚远，比如金刚石和石墨。

磁赤铁矿具有磁铁矿的结构，但是要把磁铁矿晶格中的二阶铁离子全都氧化成三价铁离子。为了电荷平衡，就需要在磁赤铁矿中产生很多空位（Vacancy）。这场情况下，这种空位当然会降低铁离子的含量，使T_C降低。但是，实际情况刚好相反，磁赤铁矿的居里温度反而会高于578°。

这又是为什么？难道和之前描述的理论不符？

我们可以逆向思维。在含有空位的情况下，磁赤铁矿的T_C高于磁铁矿的T_C。这说明前者晶格中铁离子的相互作用能更大。也就是说磁赤铁矿单位体积内的铁离子含量不降反升。能够达到这一效果，说明磁赤铁矿的晶格结构更紧凑，其晶格参数更小，就像压缩饼干一样，只不过没有后者压缩得那么厉害。

所以，如果发现一个矿物的局里温度是610°，这可能是含铝赤铁矿，也可能是磁赤铁矿。

稍微熟悉岩石磁学的人会有另外一个问题，磁赤铁矿较为让人迷惑的地方在于，它受热不稳定。比如，在研究中国黄土高坡上的古土壤样品时，在300°和500°之间，磁性（比如磁化率）会在加热时大幅度降低，温度还没达到578°之前就已经转化为更为稳定，且磁性很低的赤铁矿了。

如果谁能提出这个问题，说明对岩石磁学由了一定的了解，并在实践中有了初步应用。

为了回答上述问题，我们还需要了解磁赤铁矿的另外一个性质，大颗粒的磁赤铁矿比小颗粒的磁赤铁矿具有更高的热稳定性，也就是说大颗粒的磁赤铁矿可以经受住600多度的高温。