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这类型与生物有关的成矿作用,我们称之为「生物成矿作用」。
(4)非晶质矿物(NoncrystallineMinerals,Amorphous):
不具有结晶构造的矿物,又可分为下列两类:
胶质矿物(GelMinerals)或称似矿物(Mineraloids):
低温低压的风化作用下容易形成,可能具有小范围的结晶构造,但无法形成完整的晶体。
玻璃质(Glass):
急遽降温所形成的无结晶构造产物。
(5)宇宙矿物
来源为陨石、月岩或其他天体的矿物分别称之为「陨石矿物」、「月岩矿物」与「宇宙矿物」。
这样就可以将它们与地球中形成的矿物区分开来。
●矿物的由来?
矿物可以在许多的环境下生成,小至人类骨骼,大至地球营力。
绝大多数的矿物是由环境中各种地质作用所产生。
譬如火山作用、岩浆作用、风化与沉积以及变质。
【火山与岩浆作用】
地壳下面的岩浆熔体在上升过程中温度不断降低,当温度低于某种矿物的熔点时就会形成该矿物结晶。
随着温度的持续下降,岩浆中所有的成份会形成一系列的矿物,例如形成橄榄石、辉石、角闪石与云母等多种矿物。
当火山爆发产生的岩浆与熔岩流遭遇空气后冷却。
如果冷却过于迅速,来不及形成结晶态的矿物,则会固结成非晶质的火山玻璃。
火山作用除岩浆外,也会喷出硫气,硫气因温度骤降可直接升华成自然硫,例如台北大屯火山群与基隆外海龟山岛的自然硫。
【沈积与风化作用】
海水或盐水湖蒸发后,过饱和溶液中常可形成钾盐或岩盐、方解石等矿物。
河水能携带大量胶体,在出口处与海水相遇,海水所含的大量电解质会使河水中的胶体产生胶凝作用,形成胶体矿物,例如滨海地区的鲕状赤铁矿。
风化或氧化作用也可能产生或转变矿物,譬如黄铁矿在地表经过水和大气的作用可转为褐铁矿。
【变质作用】
原先存在的岩石受到热力及压力的影响下,出现结构、成分或二者的改变,而成为新的矿物,例如石榴子石、尖晶石。
【矿脉作用】
靠近火山或温泉的地方,常会有热水循环。
这些热水通常携带丰富的矿液,待冷却时变化沈淀结晶出矿物,而在岩石孔隙或裂隙中形成矿脉。
矿脉中常有许多富有经济价值的金属矿物,如赤铁矿、雄黄与方铅矿等。
【地球矿物知多少?
】
全世界目前已发现并命名的矿物共有三千八百多种(还不包括亚种),其中绝大多数是由无机作用构成(满足狭义的矿物定义)。
直至目前我们所观察到的矿物几乎全产于岩石圈中,近来藉由科学仪器的进步,已可以进行地函的研究,相信未来会有更多矿物被发现,也能预期更多的陨石或宇宙矿物逐进被了解。
●矿物学分类与命名
【矿物学分类】
矿物学是一门研究矿物与时间空间关系的学问,在矿物学的领域中,我们通常以化学成份作为矿物的分类依据。
从矿物的分类及矿物成分来看,矿物分成单质与化合物两类。
单质也就是单一自然元素所形成的矿物,例如网状结构碳构成了金刚石。
化合物则是由阴阳离子组成的。
现在已知的矿物大约有二千五百种左右,大部份矿物都可以存在地壳中,极少数的矿物只存在陨石中,绝大多数的矿物可以包括在下列十数类之内。
【矿物的命名】
矿物的命名并没有一定的标准,举凡产地、特征、物理性质都可能是命名的考虑依据。
以化学成分命名:
自然金、自然铜。
以物理性质命名:
电气石以其具有物理电性而得名,雄黄以其颜色呈橘黄色而得名。
以形态命名:
石榴子石因外貌类似石榴子的颗粒而名之。
结合两种特点命名:
闪锌矿以其光泽闪闪发亮,而成分以锌为主而得名。
以地名命名:
北投石,由于产于北投因而名之。
以人名命名:
章氏硼镁石是为纪念中国地质学家章鸿钊先生而命名。
●
矿物的特性
矿物之美主要在于丰富的颜色与习性。
所谓的习性简单来说就是矿物的外型,也就是结晶集合体的模样,不同的矿物拥有相异的习性,造成多采多姿的外型变化,再配合上色彩缤纷的颜色,实在是大地之鬼斧神工!
矿物的特出当然不仅在于习性与颜色,更有条痕、硬度、比重等,这些特性常成为矿物鉴定上的指标,在这一个单元里,我们依序来了解矿物的诸多性质,后面的单元再加以介绍矿物鉴定的方法。
●矿物的形态
形态(Shape)简单来说就是指矿物的外形,也就是我们所看到晶体的模样。
矿物的形态可以分为单一颗矿物本身的特殊外形与矿物集合体的外形,前者称之为习性(Habit);
后者称为结晶集合体(CrystalAggregates)。
【矿物的习性】
不论矿物是否具有完美的晶形,不同矿物的晶体通常有它特殊的外形,这种现象与矿物的内部构造有关,这就叫做矿物的习性(Habit)。
晶面的宽度和长度是决定矿物习性的主要依据。
两个同一晶系的矿物常常可以有不同的生长习性,例如石英和方解石。
常见的矿物习性有正立方体(cubic),例如黄铁矿;
正八面体(octahedral),例如金刚石;
正十二面体(dodecahedral),例如石榴子石;
菱面体(rhombohedral)如方解石;
柱状体(prismatic)如石英等。
【矿物的结晶集合体】
结晶集合体(CrystalAggregates)指的是矿物集合体外表所呈现出来的形状,并非专指单一的晶体,而是指一群晶体的集合所表现的形状。
结晶集合体可用下列数种方式描绘之:
(1)单独生长或独立产出之矿物可形容为:
(a)针状(acicular):
即细长、针状之晶体。
(b)毛细管状(capillary)以及丝状:
像毛发或细丝状的晶体。
(c)叶片状(bladed):
延伸面扁平的晶体,看起来像刀片一般。
(2)独立突出之晶体则利用下列各名词形容之:
(a)树枝状(dendritic):
或称树木状(arborescent),呈细长状分歧之枝状,有点像植物。
(b)网状(reticulated):
由一群细长晶体形成,像晶格状。
(c)分散(divergent)或放射状(radiated):
呈放射状的晶体群。
(d)丛状(drusy):
由一层细小晶体所覆盖的表面。
(3)彼此平行或成放射状的单一种晶体群用下列字眼形容之:
(a)柱状(columnar):
粗短、像柱子般的个体。
(b)刃状(bladed):
许多扁平片状物之聚合物。
(c)纤维状(fibrous):
细长纤维之聚合,可能彼此平行或呈放射状。
(d)星状(stellated):
呈放射状之个体,形成星状或圆形之群组。
(e)球状(globular):
呈放射状之个体,组成一群小球或半球体。
(f)葡萄状(botryoidal):
源由希腊字意即一串葡萄之意,通常呈球形。
(g)肾状(reniform):
内部呈放射状之团块,其外部呈圆形,像肾脏的形状。
(h)乳房状(mammillary):
圆形,大块像乳房般,内部亦由放射状个体组成。
(i)胶状(colloform):
外表似球形而内部由放射状个体组成。
不论个体大小。
葡萄状、肾状均属之。
(4)由鳞片或薄片组成之矿物以下列之字眼称之:
(a)叶片状(foliated):
容易被分开为板状或叶状者。
(b)云母状(micaceous):
像叶片状,但可分裂成非常薄的薄片,像云母一般。
(c)羽毛状(plumose):
分歧或羽毛状之结构,通常尺度极小。
(5)由粗糙状之矿物聚合而成的称为粒状。
(6)其它的名词:
(a)钟乳石状(stalactitic):
悬立之圆柱状或圆锥体。
钟乳石乃由岩洞之顶部含矿物质之水中逐渐沉淀生成。
(b)同心圆状(concentric):
由许多彼此互相堆栈而同心的球状层所形成。
(c)豆状(pisolitic):
大小约如豆状之圆形个体组成。
(d)鲕状(oolitic):
像圆卵般的小球组成之矿物聚体。
(e)带状(banded):
由不同颜色或产状之窄带组成之矿物。
(f)块状(massive):
没有特定形状或特征之致密物质。
(g)杏仁状(amygdaloidal):
像玄武岩般的岩石内部具有杏仁状之圆球。
(h)晶洞(geode):
岩石裂隙内由矿物质直接填充,但不完全填满;
晶腺可能呈带状,像玛瑙一般;
由一层层相继沉淀之材料构成,其最内层之表面常布满突出的晶体。
(i)结核(concretion):
由围绕着一个核心沉淀之个体组成。
某些结核具有粗略的球形,但也有其它各种不同形状者。
●矿物的硬度
【矿物的硬度】
矿物表面因为外力摩擦而产生的抵抗力大小,称为该矿物的硬度。
矿物硬度的强弱,可藉由互相摩擦来决定。
硬度的不同主要与离子或原子结合的强度、化学成份有关。
奥国矿物学家摩氏(FrederichMohs)创立一种硬度表,作为评判矿物硬度的标准。
最软者为滑石,最硬者为金刚石,共有十种矿物,定为十级,分别为:
(1)滑石(Talc)
(2)石膏(Gypsum)
指甲2.5
(3)方解石(Calcite)
铜币3.5-4
(4)萤石(Fluorite)
(5)磷灰石(Apatite)
钢刀5.5
玻璃5.5-6
(6)正长石(Orthoclase)
钢锉6.5
(7)石英(Quartz)
(8)黄玉(Topaz)
(9)刚玉(Corundum)
(10)金刚石(Diamond)
摩氏硬度表中所刊载的数字,并没有比例上的关系。
例如正长石硬度6,并不表示他是方解石硬度的两倍,数字的大小仅表明硬度排行而已。
通常在鉴定硬度的时候,如果没有摩氏硬度表,可以用小刀、铜币等物品粗略估计。
●矿物的颜色与条痕
【矿物的颜色】
颜色是指矿物表面的色,就是矿物对白光中不同波长的光波吸收的结果。
更清楚的说法应该说「颜色是矿物晶体构造内的原子对白色光线内某种特定波长所作的选择性吸收的结果,矿物反射或穿透出来的颜色波长,则成为我们肉眼所看到的矿物颜色」。
什么是白光?
太阳光谱中的「可见光」称为七色光,各有不同的波长,成为不同的波段。
不同波段光波的组合产生不同的颜色,所有波段混合在一起则成为白色光线。
譬如说该矿物如果是对各种波长的光波普遍而均匀地吸收,则随吸收程度不同而呈现黑、灰、白等色阶,例如白色的方解石、自然银等。
但如果该矿物对各种波长的光波有选择性的吸收,则呈现各种较鲜艳的颜色,而未被吸收的光波波长,在透明矿物中则会穿透;
不透明矿物中便会遭到反射。
透明矿物以自然硫为例,就是因为它吸收了光谱中的紫、蓝、绿、橙、红色等光波,却透过较多的黄色光波,因而外观上呈现黄色。
不透明矿物以黄铁矿为例,因表面反射出来的是以黄光为主,所以呈现出黄色。
矿物的颜色并非一成不变,而会受到自身与外来因素影响。
自身因素指的是键结方式、结晶度与晶体构造上的缺陷,通常在不同的地质条件下所生成的同一种矿物,很容易产生这一类的结晶破坏,因此往往在颜色上也有所差别。
以闪锌矿(ZnS)为例,若其形成温度较高,则含铁质较多,它的颜色容易呈现黑色或褐黑色﹔如形成时温度不高,则含铁质较少,因而呈现较浅的黄色、褐黄色。
外来因素指的是矿物晶体中所包含的杂质,也就是矿物形成过程中混入的外来元素,这些外来的成份称之为过度元素(TansitionElements)。
过渡元素中最容易影响颜色改变的元素为铁、锰、铬,例如紫水晶便是石英中部份硅原子遭到三价铁原子置换的结果。
为了描述矿物本身的颜色或是改变后的颜色,我们将天然固有的矿物颜色称之为自然色(Idiochromatic)或自色;
因含杂质或其他因素而改变的颜色称之为他色(Allochromatc)。
上面我们已经说过,矿物的颜色常因所含的杂质或结构破坏而有所改变,因此并不能作为鉴别矿物的准确指标,但如果是新鲜矿物(未经过破坏),则颜色仍然能够提供一定程度的鉴别标准。
除了鉴定外,有些矿物因为其特有的鲜艳颜色,而成为宝石原料或天然颜料。
例如红色或蓝色的刚玉,绿色的绿柱石可作为宝石原料﹔绿色的孔雀石、褐红色的赤铁矿等常成为天然颜料。
【矿物的条痕】
条痕是矿物粉末的颜色,常用的检测方式是将矿物在白色无釉瓷板上划擦,观察留下的粉末的颜色,这个白色的瓷板称之为条痕板。
条痕的颜色与矿物本身的颜色不一定一致,譬如说斜长石的颜色是白色,条痕也是白色,但黑色的赤铁矿,条痕却可能是红色的。
我们知道矿物的颜色会因为所含物质的不同而相异,但是同一种矿物的条痕却一定相同,这是因为造成矿物颜色不同的杂质并不会在条痕中显现出来,这样的特性使得条痕成为鉴定矿物的重要指标之一。
但是同一种矿物如果形成的条件不同,就有机会出现不同的条痕,例如闪锌矿含铁多时,条痕呈现褐色﹔含铁少时,条痕则呈淡黄色或黄白色。
矿物的光泽
当光线照射在物体表面时,因为反射作用而产生之光彩,称之为光泽,因此光泽可以说是矿物表面反光的能力。
光泽和矿物的化学成份与结晶构造有关,一般将光泽分为金属光泽、次金属光泽与非金属光泽两类。
前者顾名思意是纯金属类和金属化合物所表现出的光泽﹔次金属光泽呈现出较不明显的金属光泽,而非金属光泽大多是较为透明的矿物。
(1)金属光泽(MetallicLuster)
这是属于纯金属与金属化合物所呈现的光泽,例如金、银、铜、铁、锡与黄铁矿等。
此类矿物多属于比重较大且不透明者。
(2)次金属光泽(SubmetallicLuster)
某些深色的金属矿物没有显著的金属光泽,因此称为次金属光泽,例如钨矿、锰矿、铁矿、闪锌矿等。
(3)非金属光泽(NonmetallicLuster)
比重较轻,颜色较淡且色泽透明的矿物通常不具有金属光泽,而呈现出下列光泽:
●金刚光泽(adamantine):
呈金刚石状光亮,半透明或透明,条痕为浅彩色、无色或白色。
例如金刚石、白钨矿、浅色闪锌矿等。
●玻璃光泽(vitreous):
呈玻璃状光亮,透明,条痕为无色或白色。
如水晶、正长石,冰洲石等。
●绢丝光泽(silky):
透明矿物呈纤维状集合体时,表面具丝绢光亮。
如纤维状石膏、石棉等。
●珍珠光泽(pearly):
透明矿物在极完全的解理面上具珍珠状光亮。
如云母、滑石等。
●油脂光泽(greasy):
透明矿物在不平坦的断口上具油脂状光亮。
如石英、石榴子石磷灰石等。
●树脂光泽(resinous):
好像黄色松脂的光泽,如蛋白石、黄色闪锌矿、雄黄等。
●黯晦光泽(dull):
如白垩,矿物表面甚少反射光线。
●矿物的解理与断口
【矿物的解理】
解理与断口都是矿物在受到外力作用下,发生破裂的性质。
结晶矿物受到外力作用后,通常会沿着一定的结晶方向破裂,这样的裂面光滑,好像天然形成的晶面,这种容易破裂的特性,就是解理。
而解理所造成的破裂面称之为解理面,相同一系列的解理面称之为一组解理。
解理面通常可以反应出结晶构造内平面性弱点,通常解理容易发生于键合密度和强度最低的垂直面上,例如:
(1)聚片双晶面;
沿着双晶接合面特别是聚片双晶接合面发生。
(2)细微包裹体、固溶体离溶物。
对于某些矿物来说,解理可以作为一种鉴定特征,有时还能够帮助分析矿物成因与形成历史。
解里面按照其整齐与否可分为四种,而非晶质矿物无解理:
(1)优(perfect)-又称为完全解理,例如云母
(2)良(good)-或称优良解理,例如普通辉石
(3)可(fair)-或称中等解理,例如硫磺
(4)劣(poor)-又称不完全解理,如磷灰石
【矿物的断口】
矿物击破后,如果不依一定的方向裂开者,称为断口。
断口在晶体或非晶体矿物上均可发生,主要与矿物中所含的微裂痕与晶体缺陷有关。
断口也常具有一定的形态,因此也是鉴定矿物的参考之一。
矿物断口的形状主要有下列几种:
(1)贝壳状(conchoidal)断口呈圆形的光滑曲面,面上常出现不规则的同心条纹。
如石英和玻璃质体。
(2)锯齿状(hackly)断口为尖锐的锯齿状。
通常发生于延展性很强的矿物,例如自然铜。
(3)平坦状(even)断口略呈凹凸,然大致比较平坦,有此类断口的矿物非常稀少,如高岭土、石印版石灰岩等。
(4)参差状(uneven)断口面参差不齐,粗糙不平,大多数矿物具有此种断口。
如磷灰石。
(5)多片状(splintery)矿物破碎后细片状,如白云母。
(6)土状(earthy)断口呈细粉状,断口粗糙,如高龄土。
●其它的矿物特性
矿物除了硬度、美丽的晶体与光泽等特性外,其实还有很多较不广泛讨论的性质,譬如晕色、星彩、猫眼光,磁性、电性与放射性等。
【矿物的比重与密度】
矿物的比重是指单一矿物晶体(须不含杂质)在空气中的重量与同体积水在4℃时重量之比。
矿物的比重主要受到内部结构与化学成份影响,内部结构又与组成元素的原子量、原子或离子半径、晶体堆积方式有关﹔而矿物的化学成份容易受到其形成条件(温度和压力)而改变其比重。
矿物的密度(D)是指矿物单位体积的重量,度量单位为克/立方厘米(g/cm3)。
矿物的比重在数值上等于矿物的密度。
【矿物的其它光学性质】
晕色(Iridescence)
有些矿物内部或外表呈现出虹彩的颜色变化,是变彩(PlayofColor)的一种,如斑铜矿(Bornite)。
星彩(Asterism)
星彩是一种做四向或六向放射状的星状光辉
猫眼光(ChatoyancyorCat'
seye)
椭圆形弧面宝石在光线照射下有平行移动的丝绢状光带。
【矿物的磁性】
矿物的磁性是指矿物被永久磁铁和电磁铁吸引,或矿物本身能够吸引铁质物体的性质。
矿物的磁性,主要是由于矿物成分中含有铁、钴、镍、钛等元素所致。
矿物的磁性主要由组成元素的电子构型和磁性结构所决定,可分为顺磁性、反磁性及铁磁性三种,利用磁性不仅可以用来鉴定和分选矿物,同时还是磁法探矿的依据。
(1)顺磁性:
表示磁化方向与外磁场方向相同,例如角闪石、电气石、辉石。
(2)反磁性:
则恰恰相反,这类型矿物表现出受磁场排斥现象,当磁场移去时反磁性即消失,如方解石、石盐、自然银等。
(3)铁磁性:
这种矿物具有自发磁化的特质,属于铁磁性的矿物相当少,较常见的是磁铁矿与磁黄铁矿等。
【矿物的放射性】
放射性含有放射性元素(如铀、钍、镭等)的矿物叫做放射性矿物。
这些矿物中所含有的放射性元素能够自发地从原子核内部放出粒子或射线,同时释放出能量,在化学上称之为「衰变」。
矿物在衰变过程中,容易造成晶体的改变或破坏,因此可能形成同质异构体或异质同构体。
利用矿物的放射性不仅可以鉴定放射性元素矿物和找寻放射性元素矿床,同时对于计算矿物及地层的绝对年龄也极为重要。
实验室中测定放射性的方法通常是用盖格记数器、闪烁计数器、照片感光法等。
●矿物的用途
矿物的经济价值差异颇大,在使用上除了冶金与收藏展示外,许多矿物的物理特性也常成为受到重视的原因。
冶金:
从矿物中提取有用元素,冶炼成各种工业需要的金属。
例如从磁铁矿、赤铁矿中提取铁﹔从方铅矿中提取铅﹔从黄铜矿、斑铜矿中提取铜﹔从铬铁矿中提取铬等,台湾著名的金瓜石过去便是冶金的重镇。
【电子工业】
镉、锢、锗等微量元素在电子工业上有重要的用途,透过冶金技术上,我们也可以提取这些成份。
矿物的物理性质也常被电子工业重视,例如铜是优良的导电材料、金刚石是半导体材料,石英的压电性使它在雷达、通讯、微处理器上广泛被使用,云母、滑石则可作为良好的绝缘体材料。
【化工原料】
矿物中的化学成份可成为化工原料,例如由萤石中提取氢氟酸,黄铁矿制作硫酸等;
石棉导热系数低,可用作保温材料,如烧杯下所垫之石棉板。
【农业肥料】
盐类常是制作肥料的好材料,例如钾盐制作钾肥、磷灰石制作磷肥。
【光学性质】
矿物的光学性质可供利用,例如方解石、石英与萤石可用以作为光学仪器上的棱镜,刚玉可作为产生雷射的关键材料。
【力学性质】
硬度大于七的矿物可作研磨与切割用,最著名的是钻石切割刀与刚玉。
【离子交换作用】
沸石、蒙脱石与海泡石等矿物,由于具有吸附性与阳离子交换作用等特性,常被用来清除或过滤废水中的有毒元素和重金属元素。
【收藏展示】
色泽丰富的美丽矿物常是收藏家的珍宝,例如宝石、玉石等。
●造岩矿物
组成岩石的主要矿物称之为造岩矿物。
矿物虽然种类繁多,但组成地球表面上岩石的矿物种类其实并不复杂,地球上所有的岩石几乎都是由五六种的矿物所组成的,藉由矿物之间组成的比例不同得以形成不同的岩石。
以下介绍主要造岩矿物:
一、硅酸盐矿物
长石类(Feldspars)
这个矿物由两个德文字组成,就是feld(field)田野和spar(mineral)晶石的合成,是田野晶石的意思。
这是地壳中最多的硅酸盐造岩矿物,占有地壳中所有矿物的百分之五十八左右,由含铝的硅酸盐和钾、钠、钙等元素组成,属于单斜和三斜晶系。
长石类矿物具有两组完美的解理,约成直角相交。
本矿物在火成岩中最多,其次是变质岩和少数砂岩。
长石类的晶体组成使之很容易发
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