矿物(wù),是组成岩石的基本单元,它们是由地质作用(yòng)所形成的天然单质或化合物(wù),具有(yǒu)相对固定的化學(xué)组成,也就是说,是可(kě)以用(yòng)固定的化學(xué)式来表达出来的,而且在一定的物(wù)理(lǐ)化學(xué)条件范围内,性质稳定
虽然自然界中有(yǒu)大约3000种矿物(wù),种类繁多(duō),形态各异,但实际上我们常见的也就百十种而已。如果在你面前摆几种矿物(wù),如何辨别它们呢(ne)?记住,首先观察它们的颜色、透明度、光泽和晶體(tǐ)形态,这些是仅凭肉眼就能(néng)看到的;然后可(kě)以借助其他(tā)简单的仪器设备进行测量,比如矿物(wù)粉末的颜色、硬度、解理(lǐ)、发光性、磁性等。具體(tǐ)如何操作,下面且听我细细道来。
一、看颜色
颜色识别最直观,也是观察的第一步。很(hěn)多(duō)矿物(wù)都有(yǒu)自身十分(fēn)独特的颜色,比如辰砂、菱锰矿、赤铜矿、钒铅矿等会有(yǒu)鲜红的颜色,雄黄、钼铅矿通常為(wèi)橘红色,雌黄通常為(wèi)柠檬黄色,褐铁矿通常為(wèi)褐色,自然硫、自然金、黄铜矿通常為(wèi)黄色或金黄色,孔雀石、绿松石、绿柱石、橄榄石、天河石通常為(wèi)绿色,青金石、坦桑石、蓝铜矿、青铅矿、方钠石、堇青石、胆矾通常為(wèi)蓝色,紫晶、锂辉石通常為(wèi)紫色,石墨、磁铁矿、锡石、黑云母通常為(wèi)黑色,滑石、白云石、大理(lǐ)石、硼砂通常為(wèi)白色,石膏、冰洲石则通常為(wèi)无色。
红色菱锰矿
金光闪闪的黄铁矿
精美的蓝色萤石矿物(wù)
蓝色的青金石
绿色的孔雀石
绿色的绿松石
当然,大部分(fēn)矿物(wù)都不只有(yǒu)一种颜色,比如水晶、萤石、方解石,它们都有(yǒu)十分(fēn)丰富的色彩种类,而且不同的矿物(wù)也常常会有(yǒu)相同的颜色,所以仅凭颜色是不易于辨别的。例如,黄铜矿与黄金颜色相似,但其价值与黄金相差甚遠(yuǎn)。
金黄色的黄铜矿,与红水晶共生
二、观察透明度
在光照中,只有(yǒu)少数矿物(wù)能(néng)像玻璃一样完全透明,比如某些种类的石英、石膏、冰洲石等,绝大部分(fēn)矿物(wù)都是不透明或者半透明状态的。比如自然金、自然银、自然铜、方铅矿、蓝铜矿、锡石、辉锑矿、黑钨矿等绝大部分(fēn)金属矿物(wù)都是不透明的,而月長(cháng)石则為(wèi)典型的半透明矿物(wù),它又(yòu)被称為(wèi)月光石,因為(wèi)这种矿物(wù)表面有(yǒu)一种朦朦胧胧的感觉,如同月光笼罩一般。古人甚至认為(wèi)它就是凝固的月光,还把它当作一种宝石。
透明的石英,黄绿色
蓝铜矿,不透明
月光石,半透明
三、细究光泽
当光線(xiàn)照射矿物(wù)时,一部分(fēn)可(kě)能(néng)会透过去,另外一部分(fēn)则会被反射回来,观察反射光的强度,即所谓的“光泽”,也能(néng)辨别某些矿物(wù)。
萤石,具有(yǒu)玻璃光泽
自然金,具有(yǒu)明亮的金属光泽
比如自然金、方铅矿等,是典型的金属矿物(wù),表面反射光線(xiàn)的能(néng)力很(hěn)强,具有(yǒu)典型的金属光泽,而長(cháng)石、石英、萤石、方解石、橄榄石等绝大部分(fēn)的透明矿物(wù)的光泽都类似于平板玻璃,所以被称為(wèi)玻璃光泽。
纤维石膏,具有(yǒu)丝绢光泽
腊石,具有(yǒu)蜡状光泽
此外,还有(yǒu)一些矿物(wù)具有(yǒu)非常特殊的光泽,纤维石膏的光泽类似于一束蚕丝,故而称為(wèi)丝绢光泽;块状叶蜡石的光泽如同石蜡,被称為(wèi)蜡状光泽;高岭石的光泽很(hěn)弱,暗淡如土,甚至于没有(yǒu),被称為(wèi)土状光泽。
四、辨别晶状形态
晶體(tǐ)形态也是辨别矿物(wù)的最重要特征之一。不同的矿物(wù),往往具有(yǒu)不同的生長(cháng)习性,有(yǒu)些矿物(wù)总是沿着一个方向生長(cháng),从而变成了柱状,如辉锑矿、電(diàn)气石,或者变成了更细的针状,如辉铋矿。
辉锑矿,柱状晶體(tǐ)
柱状黑色電(diàn)气石
辉铋矿,针状晶體(tǐ)
有(yǒu)些则喜欢沿着两个方向生長(cháng),从而变成了板状,如石膏、重晶石,或者变成了更薄一些的片状,如云母、辉钼矿。
云母,可(kě)以剥成很(hěn)薄很(hěn)薄的片
片状辉钼矿
还有(yǒu)的更任性,朝着三个方向生長(cháng),在三维立體(tǐ)空间内三向等長(cháng),形成粒状矿物(wù),如方铅矿、石榴石,橄榄石等,常常具有(yǒu)较為(wèi)规则的立面體(tǐ)、八面體(tǐ)或五角十二面體(tǐ)等规则外形。
粒状方铅矿晶體(tǐ)
立方體(tǐ)的黄铁矿晶體(tǐ)
实际上,在自然界中,很(hěn)少有(yǒu)单独的矿物(wù)晶體(tǐ)出现,它们通常是以矿物(wù)集合體(tǐ)的形式出现,比如辉锑矿的柱状集合體(tǐ)、云母的片状集合體(tǐ)、阳起石的放射状集合體(tǐ)等。甚至还有(yǒu)些矿物(wù)的晶體(tǐ)形态根本就看不出来,只能(néng)看到一团集合體(tǐ),比如某些赤铁矿,外表看起来就像是很(hěn)多(duō)腰子聚集在一起,故而被称為(wèi)肾状赤铁矿。
阳起石的放射状矿物(wù)集合體(tǐ)
肾状赤铁矿
五、识别条痕
矿物(wù)还有(yǒu)一个奇怪之处,很(hěn)多(duō)矿物(wù)的颜色与它的粉末的颜色不一样。通常,我们的观察方法是:拿(ná)起矿物(wù),然后在白色无釉瓷板上划擦,观察这道划痕留下的颜色,即条痕色。比如,看起来呈黑色的赤铁矿,它的条痕却為(wèi)褐红色,用(yòng)这一点就可(kě)以将其与同為(wèi)黑色的铬铁矿进行區(qū)分(fēn),因為(wèi)铬铁矿的条痕為(wèi)黑色;在區(qū)别同為(wèi)金黄色的黄铁矿和黄铜矿时,也可(kě)以采用(yòng)此法,条痕颜色為(wèi)黑色者為(wèi)黄铁矿,若黑色中稍带有(yǒu)绿色,则為(wèi)黄铜矿
黄铁矿的条痕為(wèi)黑色(左)
透明矿物(wù)菱锰矿的条痕為(wèi)白色(右)
还有(yǒu)些矿物(wù),比如雌黄,它的条痕色与矿物(wù)本身显现出来的颜色一致,都為(wèi)柠檬黄色。对于透明矿物(wù)而言,它们的条痕都是白色或者近乎白色的,没有(yǒu)什么鉴定意义,例如萤石,虽然它有(yǒu)紫、蓝、绿、黄、红、棕、黑、白等很(hěn)多(duō)种颜色,千变万化,五彩斑斓,号称“世上最丰富多(duō)彩的矿物(wù)”,但条痕只有(yǒu)一种颜色——白色。
六、测试硬度
地质學(xué)家经过長(cháng)期的研究发现,矿物(wù)的软硬程度彼此不同,而且相差很(hěn)大,但一般的规律是:像碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐这些含有(yǒu)水分(fēn)子的矿物(wù)通常较软,而不含水分(fēn)子的氧化物(wù)以及硅酸盐矿物(wù)则相对较硬。為(wèi)了表示矿物(wù)的硬度大小(xiǎo),1812年,德國(guó)矿物(wù)學(xué)家莫斯首先提出了一种标准,即莫氏硬度,分(fēn)别用(yòng)1到10来表示以下十种矿物(wù)的硬度大小(xiǎo):滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正長(cháng)石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。这里的硬度值并非绝对硬度值,而是按硬度的顺序表示的值。
滑石,硬度仅為(wèi)1
比如滑石,由于它具有(yǒu)典型的层状结构,决定了它硬度很(hěn)低,质软滑腻,故而得名“滑石”,古人有(yǒu)时也称它為(wèi)“画石”,李时珍认為(wèi)这正是由于“其软滑可(kě)写画也”。
再比如金刚石,莫氏硬度為(wèi)10,是自然界中硬度最高的矿物(wù),这意味着其它矿物(wù)在金刚石面前都显得不堪一击。在现代工业领域中,金刚石是十分(fēn)理(lǐ)想的切割、研磨和抛光工具,可(kě)用(yòng)于制造刀(dāo)具、钻头和磨料等。
钻石,即金刚石,硬度為(wèi)10,号称“硬度之王”
根据硬度的差异,可(kě)以有(yǒu)效辨别矿物(wù),比如區(qū)分(fēn)黄铁矿、黄铜矿与黄金这三者,先用(yòng)手指甲来刻划,能(néng)刻动的為(wèi)黄金,因為(wèi)纯净的黄金很(hěn)软,硬度比手指甲的硬度2.5~3.0还要低,其他(tā)两种却相对较為(wèi)坚硬;然后再借助小(xiǎo)刀(dāo),用(yòng)小(xiǎo)刀(dāo)能(néng)划出痕迹的為(wèi)黄铜矿,划不动的即為(wèi)黄铁矿,这是因為(wèi)黄铜矿的莫氏硬度為(wèi)3.0~4.0,黄铁矿的莫氏硬度為(wèi)6.0~6.5,而小(xiǎo)刀(dāo)的莫氏硬度一般為(wèi)5.5,正好介于二者之间。
产在石英中间的黄铜矿
金黄色的黄铁矿
七、观察解理(lǐ)和断口
许多(duō)矿物(wù)在受到外力打击时,会沿着一定的方向裂开,通常,这个方向就是矿物(wù)晶體(tǐ)结构中原子键结合力最弱的部分(fēn),这就是解理(lǐ)面。
比如云母,它有(yǒu)一个方向的极完全解理(lǐ),沿着这个方向极易分(fēn)裂為(wèi)薄片,薄片的厚度低至0.025~0.125毫米,所以有(yǒu)人形象地称它為(wèi)“千层纸”。
再比如冰洲石,它有(yǒu)三个方向的完全解理(lǐ),通常会沿着解理(lǐ)面开裂形成一系列斜平行六面體(tǐ),即非常完美的菱形块體(tǐ),这是它十分(fēn)独特的性质。
冰洲石
但是,也有(yǒu)很(hěn)多(duō)矿物(wù)在受到外力打击时断裂的方向并不固定,而是不规则的,有(yǒu)些為(wèi)参差不齐的锯齿状,具有(yǒu)尖锐的边缘,比如自然金,有(yǒu)些则像是贝壳状,比如石英、黑曜石等。
自然金,具有(yǒu)锯齿状断口
黑曜石,具有(yǒu)贝壳状断口
八、参考发光性
发光性,是某些矿物(wù)特有(yǒu)的物(wù)理(lǐ)性质,当它们受到外界能(néng)量的激发,如紫外線(xiàn)、X射線(xiàn)等照射下,或者遭受打击、摩擦以及加热等,能(néng)够发射出可(kě)见光,如金刚石、白钨矿、硅锌矿、萤石等都具有(yǒu)这种特性。
矿物(wù)的发光性可(kě)分(fēn)為(wèi)两种情况:其一,如果外界激发能(néng)量停止后,矿物(wù)即停止发光,这种光称為(wèi)荧光;其二,如果外界激发能(néng)量停止后,矿物(wù)发光还能(néng)持续一段时间,这种光称為(wèi)磷光。
荧光,最初是在萤石身上发现的。某些紫色萤石在紫外線(xiàn)的照射下会呈现出蓝色,完全不同于它在日光下的颜色。除此之外,一些方柱石、方解石、石膏、方钠石、水砷锌矿、文(wén)石等也会产生荧光效应,但是地质學(xué)家总结的经验是,用(yòng)荧光效应来判别矿物(wù)并不十分(fēn)靠谱,因為(wèi)只有(yǒu)极少数矿物(wù)具有(yǒu)这种特征,即使这些矿物(wù)产自同一个矿區(qū),也不一定都能(néng)产生荧光。
萤石矿物(wù)的荧光性
有(yǒu)些萤石中含有(yǒu)硫化砷,在白天阳光照射或经过加热之后,可(kě)以产生磷光效应,到了晚上就能(néng)慢慢地放出能(néng)量,产生微弱的光芒,并能(néng)持续数小(xiǎo)时之久。照此推断,古人所说的夜明珠,可(kě)能(néng)就是这种具有(yǒu)磷光效应的萤石。此外,部分(fēn)磷灰石也具有(yǒu)磷光效应,加热之后可(kě)以在黑暗中发出光芒,有(yǒu)几分(fēn)神秘感。
磷灰石
9、检测磁性
具有(yǒu)磁性的矿物(wù)主要為(wèi)磁铁矿、磁黄铁矿,它们能(néng)被普通的磁铁所吸引。我國(guó)的先人在战國(guó)时期发明的司南,可(kě)以帮助人们辨别方向,也正是利用(yòng)了天然磁體(tǐ)矿石能(néng)指南的物(wù)理(lǐ)特性。
磁黄铁矿
磁铁矿