矿物学

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第607页（2523字）

是地质学的基础学科。

研究矿物的化学组成、晶体结构、物理性质和成因产状，不仅有利于对地壳岩石圈中固态晶体物质的宏观及微观层次上的认识，而且为晶体学(又称结晶学)、材料科学及与它密切相关的矿冶、建材、陶瓷、环保等工业部门提供基础资料和理论知识，它是一门既古老又生机勃勃的重要学科。

矿物学作为一门独立学科是以1956年德国医生Gteorgius Agricola的着作为标志的。

他首先对几种矿物的颜色、透明度、光泽、硬度、挠性和解理进行了描述。1857年索尔比(H．C．Sorby)把偏光棱镜与显微镜组装起来，发明了观察岩矿薄片的偏光显微镜。

矿物的化学成分研究始于克隆史杰特(A．F．Kronstedt)，他首先采用吹管方法测得矿物中的10余种化学元素。关于矿物形成，1920年艾斯科拉(Eskola)首先引进矿物相概念，1928年鲍温(N．L．Bowen)等人通过实验提出了造岩矿物及金属矿物析出顺序。

由于矿物是人类首先接触到的天然晶体，因此矿物学在发展过程孕育着另一重要学科——晶体学(结晶学)的诞生和生长。1669年斯丹诺(Nielssten)提出了一个关于矿物晶体形态的重要关系的定律，即不管晶面的大小和形状怎样，晶体的两个相同的晶面间的夹角总是恒等的。

这一着名的斯丹诺定律宣告了晶体学的诞生。1784年阿羽依(Rune Just Hauy)提出晶体结构是由相同的组成分子所构成，实际上引进了晶胞的概念。进入19世纪，魏斯(Samuel weiss)提出结晶轴和晶系的概念，1848年布位维(August Bravais)提出了14种空间点阵，这是当代空间群理论的先导。

矿物学及结晶学的近代研究是19世纪俄国弗德珞夫(E．S．Federov)推导出230个空间群而引发的。

由于伦琴(Rontgen)在1895年发现了X射线；1913年布拉格父子(W．H．Beagg&W．L．Bragg)用X射线测定了第1个晶体结构，尔后完成大部分硅酸盐晶体结构测定；进入70至80年代以来，由于探测器、X射线源及计算机技术的发展，测定的速度、精度及数量方面有了极大的提高，目前成为世界各国晶体学实验室的常规手段。除X射线衍射外，中子及电子衍射也广泛地用于测定矿物晶体结构测定，其中中子衍射对于确定原子核的及轻原子位置是特别有效的。

电子衍射主要用于微区(1～100nm)的矿物晶体结构研究(详见矿物晶体结构条目)。

关于实验矿物学方面，50年来大量的研究表明某些矿物仅在一个狭窄的温度和压力范围内稳定。

采用实验方法确定这一范围，有利于阐明矿物形成与地质体成岩成矿之间的关系。在地壳不同深度的温压条件下矿物的共生可用自由能及成分空间的原理来加以解释。

如石英(SiO₂)和刚玉(Al₂O₃)，在正常的地壳环境中极少一起出现。因为它们之间总会形成一种中间化学成分的矿物，如低压时是红柱石(Al₂SiO₄)；在高压时是蓝晶石。

只有在接近地幔条件的极高压下，蓝晶石才分解成刚玉和斯石英。现代科学已为模拟地壳及地幔的各种特殊环境提供了技术条件，例如304×10⁹～405×10⁹Pa及数千至10000摄氏度的高温，从而可将矿物形成实验推向地幔和地核。

并且得到许多不同温压条件、化学成分及自由能关系的相图。根据这些相图我们可以解释岩石及矿床中矿物共生组合的规律。

当前矿物学的发展趋势主要表现在两个方面：(1)矿物学本身的实际材料的丰富和理论体系的完善。(2)与矿物有关的交叉学科的产生和发展。由于矿物学研究的深入，新的矿物种属不断地发现，目前被国际矿物命名委员会确认的矿物种属已达4000余种。目前矿物晶结构已从统计、平均结构研究走向实际、局产和表面的结构研究，如透射电子显微镜有可能观察到晶畴以至晶胞级的微区(1～100nm)。

扫描遂道显微镜(STM)及原子力显微镜的应用导致了矿物表面结构的直接观察。各种矿物谱学(如穆斯堡尔谱、红外吸收谱、拉曼谱等)与X射线，中子及电子衍射相配合揭示了矿物的电子云分布及量子力学特征。在宏观方面由于空间技术的发展，导致了月球矿物及其他天体矿物的研究成为可能。矿物的合成实验方面不仅使模拟地球深处温压条件得以实现，而且也为高新技术材料、无机晶体生长提供了诱人前景。

在成因矿物学方面，矿物的标物型特征研究得到了巨大进展，利用标型特征及其他成因信息来判断地质体的成矿专属性、确定矿体远近及富矿体埋藏深度已取得了一定成就。更值得注意的是随着人类对矿物认识的深化，矿物资源已不再作为单纯的冶炼金属的原料，而是利用它的物理化学性质(如吸收性能、保温性能、净化性能)加工成不同用途的材料。

因而作为一门新兴的学科——矿物材料学正在蓬勃发展之中。

【参考文献】：

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3 佐尔泰T，斯托泰着J H．矿物学原理．施倪承，马哲生，等译．215，239

4 Liao Libing，Shi Nicheng，Ma Zhesheng，Bai Chunli Chinese Sciences Bulletin，23，1989，36：23，1992

(中国地质大学施倪承教授撰)