礦物那點事兒

之于地球，礦物資源是一種神奇美幻的存在，家族龐大，種類繁多。之于人類，礦物資源又是一種因緣際會的饋贈，相伴相隨，息息相關。那么，礦物究竟為何物？礦物家族有幾大譜系？在地球上如何分布？又與人類發展發生了怎樣的交集與故事？現在就讓我們一窺其中的千態萬象。

礦物為何物？

不久前，來自外媒的報道稱，中東地區的謝法亞米姆（Shefa Yamim）寶石勘探公司宣布，其在卡梅爾藍寶石中發現的名為卡梅爾石（carmeltazite）的新礦物已被國際礦物學會（IMA，International Mineral Association）批準為新礦物，編號為2018-103。

礦物是在自然界形成的具有獨特化學成分和晶體結構的物質。據國際礦物學會統計，目前世界已發現并命名公認的礦物達5200多種。

在地球45億年的歷史中，元素不斷結合以適應特定的位置、深度和溫度，才形成了今日被正式確認的礦物。在20億年前的大氧化事件（Great Oxidation event）時，目前大多數礦物就已經出現。

這些礦物既有地史長期演變形成的礦物，也有后期因人類活動而產生的礦物�？▋然�科學研究院一個團隊的研究成果顯示，目前已發現200多種主要或完全受到人類采礦活動影響而出現的礦物。

其發表的成果論文認為，這種作用過程還在繼續，可能會有新的礦物產生。在整個地史期間，礦物一直在持續發生演變。

如同礦物本身一樣，礦物的定義也多次演變。而現代概念上的礦物必須是自然產出的（與人工合成相區別），且具有結晶固體、確定的化學成分等主要特征。與巖石不同，礦物是指在地質作用中形成的、具有一定化學成分和內部結構的天然結晶態的單質或化合物。

據了解，每年世界發現新礦物達五六十種。在整個礦物中，硅酸鹽類礦物最多，約占礦物總量的50%。其中，最常見的礦物有二三十種。例如，正長石、斜長石、黑云母、白云母、石膏、黃鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦等。我國查明的礦物約2000種，其中包括在我國發現的有100多種新礦物。

礦物名稱使用的歷史久遠，可追溯到公元前3世紀。古希臘哲學家西奧弗拉斯特的《石頭論》和我國先秦古籍《山海經》中最早記載了十余種礦物名稱。明代李時珍的《本草綱目》中記載了百余種礦物名稱。據統計，西方古文獻中記載了超過15000個礦物名稱，其中只有約2000個是有效的礦物名稱。

多數時候，礦物以人物名稱和地理名稱命名。有關統計表明，45%的礦物以人物名稱命名，23%的礦物以地理名稱命名，14%的礦物以化學成分特征命名，8%的礦物以物理性質特征命名。這些礦物名稱的詞源學含義是了解礦物學歷史和地理的極為有趣的“窗口”。

對于礦物的分類，方法很多，一般廣泛采用以礦物本身的成分和結構為依據的晶體化學分類。從礦物的分類及礦物成分來看，礦物分成單質和化合物兩種。單質是由一種元素組成的礦物，如金剛石成分是碳，自然金成分是Au�；�合物則是由陰陽離子組成的，根據陰離子成分不同分為若干類。

分布在哪里？

礦物資源在地球上的分布具有規律性，其分布主要有時間分布、空間分布的特點。

在地質歷史時間上，礦物資源的分布并不均勻。有些礦石在某一個時間，也就是在某一個地質年代集中出現。例如，煤炭主要形成于石炭-二疊紀，石油主要形成新生代。金礦有70%形成于前寒武紀，85%以上的鉬礦形成于中、新生代。

最常見的幾十種礦物多在地殼范圍內，從地殼、地幔到地核都有礦物分布。

地殼中，分布有斜長石、鉀長石、石英、云母、閃石等。斜長石是富含鈉和鈣的長石礦物的統稱。鈣長石是富含鈣的長石。富鈉長石為鈉長石。斜長石并沒有特定的化學成分，而是由鈉長石和鈣長石按不同比例形成的固溶體系列。斜長石占地殼的39％。

正長石和微斜長石是最常見的鉀長石類型，它們均含有鉀元素，占地殼的12%。

石英是一種極其常見的礦物，占地殼的12%。石英耐風化，是沉積巖的主要組分，來源于母巖。

輝石族礦物屬于鏈狀結構硅酸鹽，常見的輝石族礦物有普通輝石、頑火輝石、鈣鐵輝石、鐵輝石和透輝石。輝石占地殼的11%。

云母族礦物屬于片狀結構硅酸鹽。常見的云母族礦物有金云母、白云母和黑云母。云母占地殼的5%。

閃石族礦物屬于鏈狀結構硅酸鹽，與輝石族礦物的區別在于：輝石是單鏈硅氧四面體結構，閃石是雙鏈結構。閃石占地殼的5%，粘土礦物5%，其他硅酸鹽礦物3%，非硅酸鹽8%。

地幔厚度約為2900千米，約占地球半徑的46％，占地球總體積的87％。利用火山深處提取的地幔巖石碎片可以進行礦物分析，結合地震資料可以推斷地殼以下巖石的結構。計算機模型可以幫助預測地球各個深度的溫度，壓力和化學成分，從而可以推斷出可能存在的礦物類型。

一些認為構成地幔的主要礦物有：一是鐵-鎂橄欖石系列。地幔中橄欖石的含量非常高。二是尖晶石。斜長石是上地幔30千米以上部分發現的主要的鋁質礦物，但在30千米~60千米的范圍內被尖晶石所取代。三是鎂鋁榴石。地幔60千米以下的范圍內，含量最高的礦物是鎂鋁榴石。四是布氏巖（Bridgmanite）。據研究，該礦物在下地幔2700千米以上的范圍內占到93%，可能是地球上最豐富的礦物，具有獨特的結構，在地殼中根本沒有發現。然而，這種礦物在隕石中也被發現。

研究顯示，地核是由鐵和鎳組成的，但也含有像金和鉑這樣的重元素，其含量比地殼更高。外核呈液態，內核呈固態。人類不可能從內核中提取鐵鎳合金的樣品，但科學家相信這種成分與一些金屬隕石中的成分非常相似。

鎳紋石是在隕石和一些陸地巖石中發現的鐵和鎳的混合物(合金)的礦物名稱�？茖W家推測，地核很有可能是由類似成分組成的，但由于難以模擬的壓力和溫度，它很可能會以不同的晶體形式出現。一些科學家提出，由于巨大的壓力，地核甚至可能是一個巨大的鐵鎳晶體。

人類與礦物

礦物資源與人類社會發展息息相關，其開發利用不僅滿足著人類生存、社會發展方方面面的需求，而且深刻地影響著其文明發展的進程。

從石器時代、陶器時代到青銅器時代、鐵器時代、石油時代，再到硅時代、碳時代，生產工具因礦物資源的變化而發展，成為衡量生產力水平的客觀標尺；從薪柴時代到礦物能源時代，再到新能源時代，人類從所使用的礦物能源中獲得發展動力，并提高了利用和管理效率，推進了人類社會的不斷進步。

在農業領域，礦物資源具有非常重要的應用。除了用于肥料的鈉硝石、鉀硝石、磷灰石、鉀長石、明礬石等之外，石膏、鐵礬、銅藍、輝銅礦、自然硫、白云石等可直接用作肥料，稀土元素對作物生長也有積極作用。而用于飼料的礦物主要有磷酸鈣類礦物、磷類礦物和含鎂礦物等。黏土礦物、蛙石、沸石、橄欖石等可改良土壤，使土壤符合植物生長、發育所必須的水分、養分等條件。

鎂橄欖石

礦物資源在工業領域的應用最為廣泛，幾乎涉及所有的工業領域。除為工業生產提供“工業糧食”之外，礦物還廣泛應用于鋼鐵、冶金、核工、航空、醫藥、電子等領域。美國認定的35種戰略性礦產幾乎包括了所有的經濟礦物，如工業上使用的鋁、用于催化劑制造的鉑族金屬、用于電子產品的稀土元素、用于合金制造的錫和鈦等。這些“關鍵礦物”，是對美國的經濟和國家安全具有至關重要作用的非燃料礦物或礦物材料，其供應鏈容易受到破壞，其應用功能在制造產品時必不可少，缺乏后會對經濟或國家安全產生重大影響。

值得關注的是，礦物材料的開發和利用重新受到重視，并獲得迅速發展。對礦物材料的開發應用程度已成為衡量一個國家工業化程度的標志。甚至有人預言，21世紀將是人類的第二個石器時代。

此外，伴隨著收藏市場和礦物文化的發展繁榮，礦物晶體、礦物寶石等也逐漸走進人們的日常生活，成為個人收藏及佩戴的重要物品。

來源：中國礦業報

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