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    关于矿物、岩石、宝石的一些知识,您知道吗?

    2017年8月18日 来源: 地理地质百科探秘

    一、晶体如何生长

    矿物的化学变化

    随着地质条件的变化,矿物可能会接触到能与之发生化学反应的物 质,导致它们的化学成分重结晶,变成别的完全不同但稳定的矿物。 方铅矿(PbS)氧化成铅矾(硫酸铅)。蓝铜矿(蓝色的碳酸铜)可 以变成孔雀石(绿色的碳酸铜)。如果以这种方式形成的孔雀石依 然保持着蓝铜矿晶体原来的形状,它就被称为假象,意思是“虚假 的形态”。矿物对这种变化的抵抗能力有很大差别。有些矿物,如电气石,能 在数亿年里保持不变。而其他一些,如胆矾,一旦从地下取出来暴 露于光线和空气之中,很快就会碎成粉末。还有些晶体会被腐蚀性 溶液部分溶解或侵蚀,如绿柱石;或者在晶体生长过程之中和之后 由于岩石运动而断裂,如片岩中的电气石、石英或金云母。

    生长的空间

    岩石中的孔洞给矿物生长成为晶形完美的晶体提供了不受阻碍的空 间。而结果是只有少数几种晶体,如天青石、萤石等会在空腔中朝 着内部方向生长,在龟甲石内部的尖角空腔中生长方解石(如右边 的照片所示)。经过风化作用,或者人类的力量,这些保存下来的 晶体从岩石中显露出来,被称作“晶洞”,是非常流行的矿物收藏品,也经常被当作装饰品。

    玄武岩是地球上最丰富的火山岩。在这种岩石中经常会发现球状 或管状的空腔,是热气体被困在玄武岩熔岩中凝固以后形成的。 在印度和巴西的一些玄武岩中,这些洞大到足够容得下一个人站 立其中。含有丰富的溶解矿物成分的水溶液流入到这些空腔中, 矿物晶体就会在这广阔的空间中逐渐生长壮大。在一些更大的空 间里面,晶体可以长大到令人惊讶的尺寸。世界上最好的紫水晶、 玛瑙和一类被称为沸石的硅酸盐矿物等很多都产自这样的空腔里。

    生长的时间

    在一件矿物标本身上,同时存在不止一种矿物是很常见的事情。这 些矿物可能是同时生长,比如黄铁矿和石英;也可能是一前一后生长, 比如在天青石上又长了萤石。某些纤细的晶体能被另外一种生长相 对较快的矿物包裹起来,并起到一种保护的作用。石英中的金红石 包裹体就是一个很好的例子。

    在矿脉中生长

    矿脉是在岩石的裂缝中生长晶体的地方。它们从裂缝的表面朝内生 长,会填满整个空间。矿脉形成于各种活跃的地质环境中。在地壳 上部,矿物能够在宽阔的裂缝中结晶,结果就形成一些晶形完美、 可供收藏的晶体,比如石膏(252 页)和绿帘石(221 页)。当熔融 的岩浆在岩石裂缝中结晶时就形成了被固体晶体充满的矿脉,该过 程会产生类似于霓石伟晶岩这样的岩石。同时,热液流体经常会携 带有价值的矿物,沉淀于矿脉中。

    方解石(龟背石),产于美国犹他州圣胡安县,18×24×8 厘米

    二、岩石是什么?

    岩石是由一种或多种矿物的晶体的集合体共生或者胶结在一起形成 的。岩石中的晶体通常很小,而且往往连生,形状也不规则。岩石 主要有三类:火成岩、沉积岩和变质岩——根据它们的成分和结构 不同,每一类又可以细分为很多种。

    火成岩

    当液态岩石(岩浆)冷却、凝固时,火成岩就形成了。岩浆冷却得越快, 岩石中的晶体就会越小。地质学家通过观察它的晶体大小,可以推 算出火成岩形成的速度究竟有多快。如果岩浆从地下深处喷发上来, 就被称为熔岩。熔岩在地表的冷却速度要比在地下深处时快得多, 所以,相比于那些在地下深处冷却、凝固而成的深成火成岩来说, 喷发出来的火成岩(由熔岩而形成)所含的矿物晶体要小得多。

    沉积岩

    沉积岩,可以由其他岩石和矿物的侵蚀碎片形成。这些岩石和矿物 的碎屑沉积在河流、湖泊和海洋的底层。随着时间的推移,这些微 粒胶结在一起就形成了新的岩石。我们称这种沉积岩为碎屑沉积岩。 沉积岩也可以由曾经活着的生物遗体形成。例如,许多生活在海洋 里的生物利用碳酸钙来制造它们的躯壳,当它们死去之后,这些躯 壳沉淀于海底,碳酸钙最终就会形成石灰岩。以这种方式形成的沉 积岩被称为有机沉积岩。此外,沉积岩也可以由化学作用形成。随 着海洋中的水分蒸发,剩余海水中的化学物质浓度逐渐增高,最终 增高到一定程度时就会结晶形成矿物晶体,然后沉淀到海洋底部。 这些矿物晶体被挤压而形成的岩石,被称为化学沉积岩。有时困在 这些沉积物中的植物或动物会变成化石。

    球状花岗岩,产于芬兰, 99×74×31 厘米。这种不太常见的侵入岩有独特的外观,只因它具有球状体——同心层状球形结构。这种球状花岗岩被认为是一些岩石颗粒在冷却的岩浆室中结晶形成的

    艾加斯塔片麻岩(冥古宙英云闪长岩),产于加拿大西北地区的斯拉维克拉通(也叫奴隶克拉通),9×9×6 厘米。位于加拿大耶洛奈夫以北 300 千米(185 英里)的一座岛上。 艾加斯塔河矿床被认为已经有 35 亿至 40 亿年的历史——是地球上已知最古老的岩石之一

    变质岩

    变质岩形成于地球深处,通常在造山带之下。当火成岩或沉积岩被 加热或遭受巨大的压力时,它们的外观和矿物成分就可能发生改变 (变质的意思就是“改变了形态”)。例如,沉积岩石灰岩中很小 的方解石晶体变成了变质岩大理岩中较大的晶体。在变质砂岩中, 原来的石英颗粒变成了非常致密的石英岩。

    三、地球的循环程序

    岩石可以循环,但跟我们回收利用废纸或饮料罐不同。随着时间的 推移,地球上和地球内部的演变过程使得岩石从一种形式——火成 岩、沉积岩或变质岩——变成另外一种形式,有时还能倒过来变化。 岩石的这种变化,即使不以数百万年或数十亿年的时间尺度来计,至少也需要几千年的时间。

    岩浆是熔融的岩石,火成岩就是岩浆凝固形成的。如果岩浆被火山 喷发至地表,它就凝固成喷出火成岩,如玄武岩。岩浆也可能在地 表之下缓慢地凝固,形成一种侵入火成岩,如花岗岩。这些岩石会 暴露在风、水和冰中——当然,先暴露的是喷出岩,但最终侵入岩 也将如此。随着火成岩经历风化和侵蚀,破碎之后的岩石碎片被河 水和溪流搬运到海洋中,最终在那里沉积下来。松散的岩石碎片开 始岩化,或者被压实,而变成沉积岩。由于这些岩石被别的沉积物和沉积岩覆盖,热量和压力都逐渐增大。 一旦温度和压力升高到一定程度时——通常在地表之下几千米深 处——沉积岩就会发生重结晶,一种新的岩石类型就形成了:变质岩。如果温度继续升高,岩石可能会熔化,再次变成岩浆,循环就这样 开始了。

    四、关于宝石

    蓝宝石、红宝石、钻石……说起这些词,我们总能将其与国王和王后、 富人和名人、浮华和魅力联系在一起。自古以来,人们一直都为这 些闪闪发光的宝石所深深陶醉。如果有合适的条件,地球上可以产 出体积很大而且透明的晶体,能被切割成宝石。事实上,大多数矿 物都可以被切割制作成首饰,但人们最需要的是那种硬度大、抗磨 损和破损、有着丰富色彩的矿物。就钻石来说,无色透明、纯净无 瑕的种类也和其他色彩丰富的宝石一样珍贵。

    宝石匠人为了把宝石内部的魅力展现出来,常在宝石表面切割打磨 出很小的抛光面,就像光影魔术一样,这些抛光面让光线进入到宝 石中,然后沿着一定的角度折射,在它从宝石中射出时造成光线发散,产生彩虹一样的色彩,类似于让光线通过棱镜。这就是你在观察宝 石时所看到的闪闪发光的色彩。

    有时候,虽然某些宝石是同一种矿物,但也有不同的名称,这取决 于它们的颜色。例如,蓝宝石和红宝石实际上是同一种矿物:刚玉。 这二者的区别是在原子尺度上的,我们用肉眼所看不到的一些东西 造成了它们的颜色不同。红宝石呈红色,而蓝宝石可以是除了红色 以外的其他任何颜色,但蓝色最为常见。

    在宝石切割的过程中,有时会损失超过一半的矿物,所以宝石被切 割成不同的形状,原因就在于人们想最大限度地提高它们的尺寸。 个头越大、晶形越完美、在地球上越稀有,它的价值就越高。

    上:帝国黄玉,产于巴西米纳斯吉拉斯州的欧鲁普雷图,3.3×2.7×1.8 厘米, 159.10 克拉

    右:圆形明亮的切割无色钻石,产于南非和加拿大,2.00 克拉和 3.06 克拉

    五、关于陨石

    地球并不是孤独的,它存在于一个绕着太阳旋转的行星和卫星系统 中。这个太阳系,包括我们的地球,形成于 45 亿多年前。在太阳系 中还有其他的星体:小行星。它们与行星形成于同一时间,直径从 几十米到几百千米不等。其中的大部分在火星和木星运行轨道之间 绕着太阳旋转,该区域名叫“小行星带”。

    小行星是我们地球上陨石的主要来源。当“小行星带”内的小行星 互相撞击时,其中的一方或双方的碎片能够分离,进入太空按照自 己的轨道运行。这些小行星的碎片被称为“陨星”。有一些陨星在 朝着地球碰撞的途中就结束了自己的旅程。它们的运动速度超级 快——每秒钟 17 千米——当它们接触到地球的大气层时就变得白热 化,航天器载入大气层阶段(即返回进入大气层)就是这种形式。 在这个白热化的过程中,它们被称作“流星”。大气减缓了流星的 速度,使它最终坠落于地球上,这时候它就成了一颗陨石。

    陨石对于我们了解太阳系是如何形成的、由什么形成的显得十分重 要。地球是一个地质活动十分活跃的星球,板块构造理论(大陆漂 移学说)认为地球的地壳正处于持续的循环之中。虽然地球已经有 超过 45 亿年的历史了,但我们并没有地球上最早的岩石标本,因为 它们都循环转化了。然而,似乎大多数小行星很少或没有这种循环 运动。组成它们自身的那些岩石自从太阳系诞生以来很少发生改变。 因此陨石能够告诉我们形成于我们星系的最早的岩石是什么样的。

    陨石有三种基本类型:石陨石、石铁陨石和铁镍陨石。石陨石,正 如你所猜想的那样,是由那些类似于我们地球表面上的矿物组成的。 这些陨石来自小行星的外壳,是迄今为止最常见的类型。石铁陨石, 十分稀有,不太常见。它们是被闪亮的铁镍金属所包围的绿色矿物 橄榄石。这些陨石来自小行星的深处,类似于地球深部靠近地核与 地幔的边界。第三种类型是铁镍陨石,几乎完全是铁和镍,因此非 常重,还带有很强的磁性。它们来自小行星的内核。

    并非所有的陨石都来自小行星。有一些稀有的种类来自火星和我们 的月球,它们二者都比地球小得多,这意味着它们的万有引力更 小——这可以解释登上月球的宇航员为什么能从地面上跳得很高。 月亮和火星也会受到陨星的撞击,如果它们被一个足够大的小行星碎片撞击,能够造成岩石四处迸射,并能射向太空,因为束缚它们 的万有引力实在是太小了,如同小行星上迸射出来的陨星一样,这 些岩石最终也可能与地球相撞,如果我们有幸发现它们,就能好好 研究一下了。陨星以惊人的速度进入地球大气层——速度相当于大 约用 30 秒的时间从多伦多移动到纽约。大多数陨星都很小,大气层 把它们的速度降低到只有每小时几百千米。这意味着当它们撞击地 球却未造成很大伤害时(除非砸中了汽车,类似事件出现过多次), 它们将被部分埋藏于地下。然而,如果陨星太大,大气层都难以降 低它们的速度,它们能造成极大的破坏,并形成一个巨大的陨石 坑。冰古拉蒂(Pingualuit)陨石坑就是一个例子,位于加拿大魁北 克省,它是一个引人注目的圆形盆地,宽 3.4 千米(2 英里)。20 世 纪 40—50 年代,加拿大安大略皇家博物馆的维克多·米纳(Victor Meen)和国家地理学会在勘探这里时第一次发现了它。

    斯普林沃特陨石上的抛光薄片,它是一块发现于加拿大萨斯喀彻温省斯普林沃特的石铁陨石, 20×14×1.4 厘米,1.85 千克

    六、关于自然元素矿物

    Native Elements

    由一种基本元素组成的矿物被称为自然元素矿物。它包括金属矿物,如金、银、铂和铜;半金 属矿物,如砷;以及非金属矿物,包括金刚石、石墨和硫。这些物质有各种各样的物理性质。 许多不太常见的矿物都在这组中,因为在绝大多数情况下,让一种元素形成游离状态的条件是 很罕见的。例如,铅是一种丰富的元素,但它几乎不以自然元素的形式存在。而相反的是,铜 经常形成自由的金属状态,有时候能大量聚集,高达几吨重。

    左:奖章,威廉·史密斯和查尔斯·伊顿(英国,1834 —1870 年),铅铜合金,6×4.5 厘米。“威廉”和“查 尔斯”是 19 世纪 50 年代中期生活在泰晤士河附近的两个 目不识丁的珠宝猎人,靠打造一些时尚的生活小物件而生 活。大约在 1857 年,他们决定用石膏模具和铅铜合金铸 造一些“中世纪时期”的物件来赚更多的钱。这枚武士勋 章就是其中的一个赝品,现在通常被称作“比利和查理”。 大英博物馆和加拿大安大略皇家博物馆都保存有这样的 样品。

    右:硫,产于意大利西西里岛,9×10×11 厘米

    化学式 Au 比重 15.2~19.3

    晶系 立方晶系 解理 无

    空间群 Fm3m 断口 锯齿状断口

    硬度 2.5~3.0 韧性 极好的延展性和柔韧性

    ◇晶体习性:金黄色,随着其中混入的银越来越多会逐渐变为银黄色, 或者随着铜的替换而变为橙红色。可以是八面体、十二面体和立方晶体或圆形,也可以是网状、树突状、树枝状、薄片状、纤维 状或海绵状,块状,圆形的金块,或为鱼鳞片和碎片状。金属光泽; 不透明(除了最薄的金箔以外)。通常很粗糙。黄色条痕。

    ◇形成环境:与黄铁矿、毒砂和其他硫化矿物产于热液石英脉,以 及这些矿床风化形成的砂矿。

    ◇主要产地:几乎在每一个国家都有分布,较为著名的有以下一些 产地。加拿大:育空地区的克朗代克;安大略省有一些,如波丘 派恩和赫姆洛地区;魁北克省的诺兰达地区。美国:加利福尼亚 州的 Mother Lode 成矿带及其他一些地方;科罗拉多州的锡尔弗顿 和特柳赖德;南达科他州的霍姆斯特克矿。拉丁美洲:巴西帕拉 州的塞拉佩拉达。欧洲:英格兰;罗马尼亚的特兰西瓦尼亚。非洲: 加纳的阿善堤;南非的威特沃特斯兰德。亚洲:俄罗斯乌拉尔东 部山坡(亚洲部分);印度的迈索尔。澳大利亚:西澳大利亚的 卡尔古利、库尔加迪和诺斯曼。(中国的产地有山东招远、黑龙江沿岸、河南小秦岭等地。——译者。本书括注中矿物的中国主 要产地均为译者所加。)

    ◇名称起源:它的英文名称 gold 来历已经不为人所知,但有人认为 它起源于梵语“jyal”和德语“geld”。黄金的化学符号(Au)是 从拉丁语衍生过来的,原意为“闪耀的黎明”。 伟大的古代文明——埃及、希腊、中国、非洲、阿兹特克和 玛雅——都垂涎于黄金的美丽。它像太阳一样发出光芒,所以被 认为是一种神圣的金属,值得向上帝敬献。与其他实用的金属(如 铜和铁)不同,黄金的价值主要是象征性的:它的价值取决于我 们赋予它的地位。85% 的黄金被用于珠宝、艺术品和其他纯粹为 了审美或奢华目的的领域中。

    黄金的物理性质,使其成为财富和权力的象征,特别是它的 颜色、光泽和抗腐蚀的能力。黄金的延展性和柔韧性意味着它可以被锻成一定形状,拉成细丝。

    黄金形成于两种矿床类型:脉矿和砂矿。在脉状矿床中,纯 金固结在岩石中,通常是极小的颗粒状,肉眼是看不见的。

    砂矿的形式,是这些含金岩石风化和侵蚀的结果。黄金被淘 洗出来,然后被溪流和河水带走,当流水速度减慢时,相对较重 的黄金颗粒就沉淀并积累下来,形成矿床。加拿大最著名的砂矿 被发现于 19 世纪末的育空地区,曾引发了克朗代克淘金潮(1897 —1898)。勘探者们刚开始是以淘金的方式,后来采取清淤疏浚 河道的方式来获取沙金。

    左:希斯塔麦农(拜占庭,1028—1034),黄金, 直径 2.5 厘米,重 4.4 克。从罗曼努斯三世皇帝阿吉 鲁斯的统治开始,这样的硬币,在正面印制有基督像 和罗曼努斯像,背面印制有圣母马利亚像。

    右:从石英中结晶出的金,产于美国加利福尼亚州普 莱瑟县,8.5×6.5×2.5 厘米

    上:一个狮子头的徽章(波斯,阿契美尼德王朝,约公元前 400 年),带有凸纹 形装饰的黄金,4.9×0.2×5.7 厘米。古老的皇室长袍往往用珠子或刺绣做装饰, 但如果用黄金饰品的话就会给人以特别富有的感觉。凸纹形设计是在雕刻的基座 上对黄金进行锤击而形成的,从而产生图形纹饰,然后再把这种装饰品缝制在衣 服上。狮子的力量是皇室权力的象征。

    下: 香烟盒(俄罗斯,约 1912 年),18K 黄金并雕刻有叶片形状的纹饰, 7×5×1 厘米。在 19 世纪末,香烟盒与打火机开始成为一种个人装饰品。到 了 20 世纪初,俄罗斯、法国和英国都制造了许多精致的香烟盒。这个时期的俄 罗斯香烟盒上面有花卉和几何图案,并因由彼得·卡尔·法贝热(Peter Carl Fabergé)设计而十分著名。第一次世界大战后,吸烟被认为是一件时髦的事情,巴黎成了香烟盒设计中心。

    项链,布切拉蒂(英国,大约 1970 年),金镶钻,20×15×0.5 厘米。钻石和 黄金是在世界上经常一起被使用的昂贵珠宝。世界上最令人向往的奢侈品中,有 很多来自梵克雅宝(Van Cleef & Arpels)和布切拉蒂(Buccellati)公司,经 常有王公贵族、电影明星和富有的社会名流光顾这里。

    以上内容来自未读·探索家《发现珍稀宝石与矿物》

    《发现珍稀宝石与矿物》

    (加) 金伯利·泰特 著

    北京联合出版公司·未读出品

    未读··探索家

    目录

    引言
    矿物:一个不断变化的星球上的产物
    晶体的奇迹
    晶体如何生长
    岩石是什么?
    宝石
    陨石
    矿物的物理性质
    第一章
    自然元素矿物
    第二章
    硫化物和硫盐矿物
    第三章
    氧化物和氢氧化物
    第四章
    卤化物
    第五章
    碳酸盐
    第六章
    磷酸盐、砷酸盐和钒酸盐
    第七章
    硼酸盐和硝酸盐
    第八章
    硫酸盐、铬酸盐、钨酸盐和钼酸盐
    第九章
    网状硅酸盐
    第十章
    层状硅酸盐
    第十一章
    单链和双链链状硅酸盐
    第十二章
    环硅酸盐
    第十三章
    双岛状硅酸盐
    第十三章
    岛状硅酸盐
    词汇表
    参考读物
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