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礦物學,是研究礦物的化學成分,晶體結構,形態,性質,時間、空間上的分佈規律,形成、演化的歷史和用途的學科。地質學的一個分支。許多生產部門,如採礦、選冶、化工、建材、農藥農肥、寶石以及某些尖端科學技術都離不開礦物原料。因此,礦物學研究不僅有理論意義,而且對礦物資源的開發和應用有重要的實際意義。

研究礦物的化學成分,晶體結構,形態,性質,時間、空間上的分佈規律,形成、演化的歷史和用途的學科。地質學的一個分支。許多生產部門,如採礦、選冶、化工、建材、農藥農肥、寶石以及某些尖端科學技術都離不開礦物原料。因此,礦物學研究不僅有理論意義,而且對礦物資源的開發和應用有重要的實際意義。

1 礦物學 -發展簡史

礦物學的發展大體可分為如下階段:①萌芽階段(史前期~15世紀中葉)。早在石器時代,人類就已利用多種礦物如石英、蛋白石等製作工具和飾物。以後,又逐漸認識了金、銀、銅、鐵等若干金屬及其礦石,從而過渡到銅器和鐵器時代。在中國成書於戰國至西漢初的《山海經》,記述了多種礦物、岩石和礦石的名稱,有些名稱如雄黃、金、銀、堊、玉等沿用至今。古希臘學者亞里士多德把同金屬相似的礦物歸為「似金屬類」,他的學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 3類。

在這以後的一段時間裡,特別是歐洲中世紀,中國西漢中期,在礦物方面只有個別的記述,沒有明顯進展。②學科形成階段(15世紀中葉~20世紀初)。18、19世紀礦物研究得到了多方面進展,逐步建立起理論基礎,豐富了研究內容和研究方法,形成了一門學科。16世紀中葉G.阿格里科拉較詳細地描述了礦物的形態、顏色、光澤、透明度、硬度、解理、味、嗅等特徵,並把礦物與岩石區別開來。中國 李時珍在成書於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、性質、鑒定特徵和用途。瑞典的J.J.貝采利烏斯作了大量的礦物化學成分鑒定,採用了化學式,並據此進行了礦物分類。德國化學家E.米切利希提出了類質同象與同質多象概念,出現了礦物學研究的化學學派。產生於這一時期的礦物學的另一學派是結晶學派。他們在幾何結晶學及晶體結構幾何理論方面(見結晶學)獲得了巨大的成就。

此外,H.C.索比於1857年製成顯微鏡的偏光裝置,推進了礦物的鑒定和研究。這一方法至今被沿用和發展著。③現代礦物學階段。1912年德國學者M.T.F.von勞厄成功地進行了晶體對X射線衍射的實驗,從而使晶體結構的測定成為可能,並導致礦物學研究從宏觀進入到微觀的新階段。大量礦物晶體結構被揭示,建立了以成分、結構為依據的礦物的晶體化學分類。20世紀中期以來,固體物理、量子化學理論以及波譜、電子顯微分析等微區、微量分析技術被引入,使礦物學獲得了新進展,建立了礦物物理學。礦物原料和礦物材料得到更廣泛的開發。開展了礦物的人工合成,高溫、高壓實驗和天然成礦作用模擬。礦物學、物理化學和地質作用的研究相結合的分支學科成因礦物學和找礦礦物學逐步形成,使礦物學在礦物資源的尋找與開發方面獲得了更廣泛的應用。

2 礦物學 -分支學科

①礦物形貌學,研究礦物晶體形態和表面微形貌,並據此探索其生長機制和生成歷史。

②成因礦物學,研究礦物個體和群體的形成,結合物理化學和地質條件,探索礦物的成因。研究礦物成分、結構、形態、物性上反映生成條件的標誌──標型特徵。成因礦物學已應用於地質找礦,並逐漸形成找礦礦物學

③實驗礦物學,通過礦物的人工合成,模擬和探索礦物形成的條件及規律。

④結構礦物學,探索礦物晶體結構,研究礦物化學成分與晶體結構的關係,進而探討礦物成分、晶體結構與形態、性能、生成條件的關係。

⑤礦物物理學,是固體物理學、量子化學理論及譜學實驗方法引入礦物學所產生的邊緣學科。這一學科的發展使礦物學的研究從原子排列深入到原子內部的電子層和核結構。它研究礦物化學鍵的本質、精細結構與物理性能。

⑥光性礦物學,主要探討顯微鏡下,礦物的各種光學性質和鏡下測定各種礦物光學常數的方法。已建立起完備的以礦物光學常數為依據的礦物鑒定表,它是礦物鑒定的主要手段之一。

⑦礦物材料學,是礦物學與材料科學相結合的新分支。研究礦物的物理、化學性能和工藝特性在科學技術和生產中的開發應用。

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

3 礦物學 -研究方法

野外研究方法包括礦物的野外地質產狀調查和礦物樣品的採集。室內研究方法很多。手標本的肉眼觀察,包括雙目顯微鏡下觀察和簡易化學試驗,是礦物研究必要的基礎。偏光和反光顯微鏡觀察包括礦物基本光學參數的測定廣泛用於礦物種的鑒定。礦物晶體形態的研究方法包括用反射測角儀進行晶體測量和用干涉顯微鏡、掃描電子顯微鏡對晶體表面微形貌的觀察。檢測礦物化學成分的方法有光譜分析,常規的化學分析,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構研究中,最常用的方法是粉晶和單晶的 X射線分析,用作物相鑒定,測定晶胞參數、空間群和晶體結構。

此外,還有紅外光譜用作結構分析的輔助方法,測定原子基團;以穆斯堡爾譜測定鐵等的價態和配位;用可見光吸收譜作礦物顏色和內部電子構型的定量研究;以核磁共振測定分子結構;以順磁共振測定晶體結構缺陷(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構和晶格缺陷等,在礦物學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,還根據需要作某方面的物理化學性能的試驗(見地質儀器)。

檢測礦物化學成分的方法有光譜分析,常規化學分析,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構研究中,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、空間群和晶體結構。此外,還有紅外光譜用作結構分析的輔助方法,測定原子基團;以穆斯堡爾譜測定鐵等的價態和配位;用可見光吸收譜作礦物顏色和內部電子構型的定量研究;以核磁共振測定分子結構,以順磁共振測定晶體結構缺陷(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構和晶格缺陷等,在礦物學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,還根據需要作某方面的物理化學性能的試驗。

礦物是結晶物質,具有晶體的各種基本屬性。因此,結晶學與化學、物理學一起,都是礦物學的基礎。歷史上,結晶學就曾是礦物學的一個組成部分。礦物本身是天然產出的單質或化合物,同時又是組成岩石和礦石的基本單元,因此礦物學是岩石學、礦床學的基礎,並與地球化學、宇宙化學都密切相關。

4 礦物學 -研究領域

礦物學還是研究礦物原料和材料的尋找、開發和應用的基礎。因此,它與找礦勘探地質學、採礦學、選礦學、冶金學、材料科學的關係也很密切。此外,礦物學運用數學、化學和物理學的理論和技術,並彼此相互滲透和結合,還產生了如礦物物理學等新的邊緣學科。

礦物學的研究領域日益的擴大,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;礦物學的研究內容由宏觀向微觀縱深發展,由主要組分到微量元素,由原子排列的平均晶體結構到局部具體的晶體結構和涉及原子內電子間及原子核的精細結構;礦物學在應用領域的迅速發展。

礦物學的研究成果除在地質學研究和找礦工作中進一步得到應用外,礦物本身的研究目標還在於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展前景。 

5 礦物學 -相關學科

礦物是結晶物質,具有晶體的各種基本屬性。因此,結晶學與化學、物理學一起,都是礦物學的基礎。歷史上,結晶學就曾是礦物學的一個組成部分。礦物本身是天然產出的單質或化合物,同時又是組成岩石和礦石的基本單元,因此礦物學是岩石學、礦床學的基礎,並與地球化學、宇宙化學都密切相關。礦物學還是研究礦物原料和材料的尋找、開發和應用的基礎。因此,它與找礦勘探地質學、採礦學、選礦學、冶金學、材料科學的關係也很密切。此外,礦物學運用數學、化學和物理學的理論和技術,並彼此相互滲透和結合,還產生了如礦物物理學等新的邊緣學科。

6 礦物學 -展望

礦物學發展趨向是:

①研究領域擴大,即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。

②研究內容由宏觀向微觀縱深發展,由主要組分到微量元素,由原子排列的平均晶體結構到局部具體的晶體結構和涉及原子內電子間及原子核的精細結構。

③礦物學在應用領域的迅速發展,礦物學的研究成果除在地質學研究和找礦工作中進一步得到應用外,礦物本身的研究目標,已不僅在於主要把它作為提取某種有用成分的礦物原料,還在於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展前景。

7 礦物學 -參考資料

[1] 豆瓣網 http://www.douban.com/subject/1545337/
[2] 大科普網 http://www.ikepu.com/geography/geographical_branch/population_geography_total.htm

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