礦物學(xué)

礦物學(xué)是研究礦物的化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)、形態(tài)、性質(zhì)、時(shí)間、空間上的分布規(guī)律、形成、演化的歷史和用途等的地質(zhì)學(xué)的分支學(xué)科。

　　許多生產(chǎn)部門，如采礦、選冶化工、建材、農(nóng)藥農(nóng)肥、寶石以及某些尖端科學(xué)技術(shù)都離不開礦物原料。因此，礦物學(xué)研究不僅有理論意義，而且對礦物資源的開發(fā)和應(yīng)用有重要的實(shí)際意義。

礦物學(xué)發(fā)展簡史

　　早在石器時(shí)代，人類就已知道利用多種礦物如石英、蛋白石等制作工具和飾物，以后又逐漸認(rèn)識了金、銀、銅、鐵等若干金屬及其礦石，從而過渡到銅器和鐵器時(shí)代。在中國成書于戰(zhàn)國至西漢初的《山海經(jīng)》，記述了多種礦物、巖石和礦石的名稱，有些名稱如雄黃、金、銀、堊、玉等沿用至今。

　　古希臘學(xué)者亞里士多德把同金屬相似的礦物歸為“似金屬類”，他的學(xué)生泰奧弗拉斯托斯在其《石頭論》中把礦物分成金屬、石頭和土三類。在這以后的一段時(shí)間里，特別是歐洲中世紀(jì)，中國西漢中期，在礦物方面只有個(gè)別的記述，沒有明顯進(jìn)展。

　　到了18、19世紀(jì)，礦物的研究得到了多方面進(jìn)展，逐步建立起理論基礎(chǔ)，豐富了研究內(nèi)容和研究方法，形成了一門學(xué)科。16世紀(jì)中葉阿格里科拉較詳細(xì)地描述了礦物的形態(tài)、顏色、光澤、透明度、硬度、解理、味、嗅等特征，并把礦物與巖石區(qū)別開來。

　　中國李時(shí)珍在成書于1578年的《本草綱目》中描述了38種藥用礦物，說明了它們的形態(tài)、性質(zhì)、鑒定特征和用途。瑞典的貝采利烏斯作了大量的礦物化學(xué)成分鑒定，采用了化學(xué)式，并據(jù)此進(jìn)行了礦物分類。德國化學(xué)家米切利希提出了類質(zhì)同象與同質(zhì)多象概念，出現(xiàn)了礦物學(xué)研究的化學(xué)學(xué)派。

　　產(chǎn)生于這一時(shí)期的礦物學(xué)的另一學(xué)派是結(jié)晶學(xué)派。他們在幾何結(jié)晶學(xué)及晶體結(jié)構(gòu)幾何理論方面獲得了巨大的成就。此外，索比于1857年制成顯微鏡的偏光裝置，推進(jìn)了礦物的鑒定和研究。這一方法至今被沿用和發(fā)展著。

　　1912年德國學(xué)者勞厄成功地進(jìn)行了晶體對X射線衍射的實(shí)驗(yàn)，從而使晶體結(jié)構(gòu)的測定成為可能，并導(dǎo)致礦物學(xué)研究從宏觀進(jìn)入到微觀的新階段。大量礦物晶體結(jié)構(gòu)被揭示，建立了以成分、結(jié)構(gòu)為依據(jù)的礦物的晶體化學(xué)分類。

　　20世紀(jì)中期以來，固體物理、量子化學(xué)理論以及波譜、電子顯微分析等微區(qū)、微量分析技術(shù)被引入，使礦物學(xué)獲得了新進(jìn)展，建立了礦物物理學(xué)。礦物原料和礦物材料得到更廣泛的開發(fā)。開展了礦物的人工合成，高溫、高壓實(shí)驗(yàn)和天然成礦作用模擬。礦物學(xué)、物理化學(xué)和地質(zhì)作用的研究相結(jié)合的分支學(xué)科成因礦物學(xué)和找礦礦物學(xué)逐步形成，使礦物學(xué)在礦物資源的尋找與開發(fā)方面獲得了更廣泛的應(yīng)用。

礦物學(xué)基本內(nèi)容

　　礦物學(xué)在其發(fā)展的過程中形成了許多專門的分支學(xué)科。

　　礦物形貌學(xué)是研究礦物晶體形態(tài)和表面微形貌，并據(jù)此探索其生長機(jī)制和生成歷史。

　　成因礦物學(xué)是研究礦物個(gè)體和群體的形成，結(jié)合物理化學(xué)和地質(zhì)條件，探索礦物的成因。研究礦物成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、物性上反映生成條件的標(biāo)志——標(biāo)型特征。成因礦物學(xué)已應(yīng)用于地質(zhì)找礦，并逐漸形成找礦礦物學(xué)。

　　實(shí)驗(yàn)礦物學(xué)是通過礦物的人工合成，模擬和探索礦物形成的條件及規(guī)律。

　　結(jié)構(gòu)礦物學(xué)是探索礦物晶體結(jié)構(gòu)，研究礦，物化學(xué)成分與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系，進(jìn)而探討礦物成分、晶體結(jié)構(gòu)與形態(tài)、性能、生成條件的關(guān)系。

　　礦物物理學(xué)是固體物理學(xué)、量子化學(xué)理論及譜學(xué)實(shí)驗(yàn)方法引入礦。物學(xué)所產(chǎn)生的邊緣學(xué)科。這一學(xué)科的發(fā)展使礦物學(xué)的研究從原子排列深入到原子內(nèi)部的電子層和核結(jié)構(gòu)。它研究礦物化學(xué)鍵的本質(zhì)、精細(xì)結(jié)構(gòu)與物理性能。

　　光性礦物學(xué)主要探討顯微鏡下，礦物的各種光學(xué)性質(zhì)和鏡下測定各種礦物光學(xué)常數(shù)的方法。已建立起完備的以礦物光學(xué)常數(shù)為依據(jù)的礦物鑒定表，它是礦物鑒定的主要手段之一。

　　礦物材料學(xué)是礦物學(xué)與材料科學(xué)相結(jié)合的新分支。研究礦物的物理、化學(xué)性能和工藝特性在科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)中的開發(fā)應(yīng)用。

　　此外，尚有按分類體系系統(tǒng)地闡述各類礦，物的系統(tǒng)礦物學(xué)；以某類礦物為對象的專門研究，如硫化物礦物學(xué)、硅酸鹽礦物學(xué)、粘土礦物學(xué)、寶石礦物學(xué)等；全面研究某一地區(qū)內(nèi)礦物的區(qū)域礦物學(xué)，研究地幔礦物的地幔礦物學(xué)；研究其他天體礦物的宇宙礦物學(xué)(包括隕石礦物學(xué)、月巖礦物學(xué)等)。

　　檢測礦物化學(xué)成分的方法有光譜分析，常規(guī)化學(xué)分析，原子吸收光譜、激光光譜、X射線熒光光譜和極譜分析，電子探針分析，中子活化分析等。在物相分析和礦物晶體結(jié)構(gòu)研究中，最常用的方法是粉晶和單晶的 X射線分析，物相鑒定，測定晶胞參數(shù)、空間群和晶體結(jié)構(gòu)。

　　此外，還有紅外光譜用作結(jié)構(gòu)分析的輔助方法，測定原子基團(tuán)；以穆斯堡爾譜測定鐵等的價(jià)態(tài)和配位；用可見光吸收譜作礦物顏色和內(nèi)部電子構(gòu)型的定量研究；以核磁共振測定分子結(jié)構(gòu)，以順磁共振測定晶體結(jié)構(gòu)缺陷(如色心)；以熱分析法研究礦物的脫水、分解、相變等。透射電子顯微鏡的高分辨性能可用來直接觀察超微結(jié)構(gòu)和晶格缺陷等，在礦物學(xué)研究中日益得到重視。

　　為了解決某方面專門問題，還有一些專門的研究方法，如包裹體研究法，同位素研究法等。礦物作為材料，還根據(jù)需要作某方面的物理化學(xué)性能的試驗(yàn)。

　　礦物是結(jié)晶物質(zhì)，具有晶體的各種基本屬性。因此，結(jié)晶學(xué)與化學(xué)、物理學(xué)一起，都是礦物學(xué)的基礎(chǔ)。歷史上，結(jié)晶學(xué)就曾是礦物學(xué)的一個(gè)組成部分。礦物本身是天然產(chǎn)出的單質(zhì)或化合物，同時(shí)又是組成巖石和礦石的基本單元，因此礦物學(xué)是巖石學(xué)、礦床學(xué)的基礎(chǔ)，并與地球化學(xué)、宇宙化學(xué)都密切相關(guān)。

　　礦物學(xué)還是研究礦物原料和材料的尋找、開發(fā)和應(yīng)用的基礎(chǔ)。因此，它與找礦勘探地質(zhì)學(xué)、采礦學(xué)、選礦學(xué)、冶金學(xué)、材料科學(xué)的關(guān)系也很密切。此外，礦物學(xué)運(yùn)用數(shù)學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)的理論和技術(shù)，并彼此相互滲透和結(jié)合，還產(chǎn)生了如礦物物理學(xué)等新的邊緣學(xué)科。

　　礦物學(xué)的研究領(lǐng)域日益的擴(kuò)大，由地殼礦物到地幔礦物和其他天體的宇宙礦物，由天然礦物到人工合成礦物；礦物學(xué)的研究內(nèi)容由宏觀向微觀縱深發(fā)展，由主要組分到微量元素，由原子排列的平均晶體結(jié)構(gòu)到局部具體的晶體結(jié)構(gòu)和涉及原子內(nèi)電子間及原子核的精細(xì)結(jié)構(gòu)；礦物學(xué)在應(yīng)用領(lǐng)域的迅速發(fā)展。

　　礦物學(xué)的研究成果除在地質(zhì)學(xué)研究和找礦工作中進(jìn)一步得到應(yīng)用外，礦物本身的研究目標(biāo)還在于從中獲得具有各種特殊性能的礦物材料，這方面的研究具有廣闊的發(fā)展前景。