礦物學

礦物學是研究礦物的化學成分、晶體結構、形態(tài)、性質(zhì)、時間、空間上的分布規(guī)律、形成、演化的歷史和用途等的地質(zhì)學的分支學科。

　　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(fā)和應用有重要的實際意義。

礦物學發(fā)展簡史

　　早在石器時代，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、石頭和土三類。在這以后的一段時間里，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。

　　到了18、19世紀，礦物的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(nèi)容和研究方法，形成了一門學科。16世紀中葉阿格里科拉較詳細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成分鑒定，采用了化學式，并據(jù)此進行了礦物分類。德國化學家米切利希提出了類質(zhì)同象與同質(zhì)多象概念，出現(xiàn)了礦物學研究的化學學派。

　　產(chǎn)生于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年德國學者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，并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(jù)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(qū)、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(fā)。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(zhì)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(fā)方面獲得了更廣泛的應用。

礦物學基本內(nèi)容

　　礦物學在其發(fā)展的過程中形成了許多專門的分支學科。

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

　　成因礦物學是研究礦物個體和群體的形成，結合物理化學和地質(zhì)條件，探索礦物的成因。研究礦物成分、結構、形態(tài)、物性上反映生成條件的標志——標型特征。成因礦物學已應用于地質(zhì)找礦，并逐漸形成找礦礦物學。

　　實驗礦物學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。

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

　　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(chǎn)生的邊緣學科。這一學科的發(fā)展使礦物學的研究從原子排列深入到原子內(nèi)部的電子層和核結構。它研究礦物化學鍵的本質(zhì)、精細結構與物理性能。

　　光性礦物學主要探討顯微鏡下，礦物的各種光學性質(zhì)和鏡下測定各種礦物光學常數(shù)的方法。已建立起完備的以礦物光學常數(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(chǎn)中的開發(fā)應用。

　　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；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(qū)內(nèi)礦物的區(qū)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、月巖礦物學等)。

　　檢測礦物化學成分的方法有光譜分析，常規(guī)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(shù)、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(tài)和配位；用可見光吸收譜作礦物顏色和內(nèi)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(jù)需要作某方面的物理化學性能的試驗。

　　礦物是結晶物質(zhì)，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(chǎn)出的單質(zhì)或化合物，同時又是組成巖石和礦石的基本單元，因此礦物學是巖石學、礦床學的基礎，并與地球化學、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(fā)和應用的基礎。因此，它與找礦勘探地質(zhì)學、采礦學、選礦學、冶金學、材料科學的關系也很密切。此外，礦物學運用數(shù)學、化學和物理學的理論和技術，并彼此相互滲透和結合，還產(chǎn)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(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構到局部具體的晶體結構和涉及原子內(nèi)電子間及原子核的精細結構；礦物學在應用領域的迅速發(fā)展。

　　礦物學的研究成果除在地質(zhì)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。