在山間徒步時隨手撿起一塊粗糲的巖石，這可能是許多人親近地質世界最樸素的起點。

那些嵌在巖縫中的金屬礦脈、溪流沖刷出的砂金顆粒，或是風化巖層中偶現的晶體，都是地球的密碼。

將一顆石頭想象成一個微小的星球，手掌摩挲間體會山脈的起伏，也許可以緩釋城市生活的疲憊，在此中重新找回一種生命的活力。樸素的，帶著風沙的活力。

《世界礦物圖鑒》打開了這趟旅程。它教會我們以地質學家的眼睛辨識世界。

手中的斑銅礦一面金棕，一面暗紫，是出土后的氧化導致；腳下的片麻巖則記錄著大陸板塊形成與演化歷史，知曉了這些，沉默的石頭便不再是冰冷的客體，而成為人類與地球交流的橋梁。

拾取腳邊的石頭，地球即在掌中呼吸。

去山上整點石頭吧！

01 自然金屬元素

試想在美國加利福尼亞州富硅火成巖的礦脈中開采自然金，你會得到如下一塊樹枝狀的礦物。

△ 在石英上生長的自然金，產自美國加利福尼亞州普萊瑟縣的密歇根布拉夫礦（Michigan Bluff Mine）。對象：50mm×80mm。

這就是具有高價值的金礦。

在地殼中，化學元素很少以自然元素的形式出現，并且它們都不是大量存在的。自然金（Au）和自然銀（Ag）都屬于這類鮮見的礦物。

由于金價的高昂，19世紀末，美國曾在一段時間內掀起「淘金熱」。

1896年，在阿拉斯加的克朗代克掀起了最后一波淘金熱，卓別林的電影《淘金記》以這段歷史為背景。

△ 電影《淘金熱》（The Gold Rush）劇照

事實上，克朗代克并沒有加州那般豐厚的礦存，反倒因天氣嚴寒與長年凍土，淘金變得得不償失。

1900年，人群開始轟然散去，宣告著淘金熱的熄滅。

當然，自然金除了在礦床中開采，也見于由原生金礦床風化形成的沉積物中，在這里它作為一種次生礦物存在，即砂金。

△ 電影《巴斯特·斯克魯格斯的歌謠》（The Ballad of Buster Scruggs），圖中為在溪水邊淘金的一幕。

由于金對物理和化學風化作用有很強的抵抗力，它可在搬運過程中留下來并沉積在河床中，在那里又因密度很高而富集在某些地層中。在這類礦床中，既有從原生產地攜帶的細小顆粒，也有較大的不規則團塊或“塊金”，其中一些從溶液中沉淀而來。

△ 砂金

自然金屬于等軸晶系，我們常見的集合體主要呈葉片狀、鱗片狀、絲狀或樹枝狀；巨大的塊狀稱作塊金（gold nugget，也稱狗頭金），它的延展性極強，可抽成細絲或錘成金箔。

與自然銀（Ag）和自然銅（Cu）類似，自然金的金離子（Au + ）球體立方結構最堆積。

△ 具有立方體面和八面體面的晶體。晶體（a）和（b）相同，除以下兩方面以外：首先，右邊的晶體以平行于書頁平面的八面體面定向。其次，左邊晶體中的離子A在（b）中被移除了，這樣就可以看到下面一層的3個相鄰原子。這3個相鄰原子和A層中的6個原子相鄰，再加上通常位于上層的3個相鄰原子，總共為12個相鄰原子。在任一晶面，一些相鄰原子會不可避免地缺失。

值得一提的是自然金常含Ag，當自然銀的含量超過20%時稱為銀金礦（electrum）。

△ 石英上的銀金礦

02 自然非金屬元素

前文提到，地殼中的化學元素很少以自然元素的形式出現，而Au正是自然金屬的一種，自然中同樣存在自然非金屬元素。

我們熟知的金剛石（C）就是一種自然非金屬元素，也是我們已知硬度最高的礦物（硬度10）。

金剛石晶體通常散布在金伯利巖（kimberlite）中，金伯利巖是一種源于地球地幔（mantle）上部的超基性巖。這個深度的溫壓條件適合金剛石結晶。這類礦床最著名的產地是南非金伯利（Kimberley）。

△ 地球分層示意圖

金剛石也存在于含金剛石的原生巖遭受侵蝕而形成的次生礦床沉積物中。由于硬度高、耐化學性強，礦床中的金剛石在風化和搬運過程中得以留存。由于密度較大，金剛石通常富集在某些巖層中。大多數天然金剛石就是這樣產出的。

△ 金伯利巖中的金剛石，產自南非。視場：12mm×14mm。

金剛石通常用于切割、研磨和拋光，如圓粒金剛石（bort）與黑金剛石（carbonado）。前者是工業級金剛石，用于磨蝕、鋸條等；后者是一種隱晶質（粒度非常細）金剛石；二者通常為黑色或灰色，但圓粒金剛石也可以是其他顏色。在這類用途中，人工合成金剛石目前大約占75%。

同時，金剛石是最受歡迎的寶石之一，因其具有非常高的折射率和強烈的色散，這些光學性質使其產生了著名的「火彩」（閃閃發光），并且這種效果可通過對寶石級金剛石進行各種切割而加強。在經過加工后，這類金剛石就成了市場上常說的「鉆石」。其通過4C 標準來評估：顏色（colour）、凈度（clarity）、切工（cut）和重量［克拉（carat，1Ct=0.2g）］。

△ 金剛石，晶面稍有彎曲，產自南非。這塊晶體的直徑為8mm。

金剛石由純碳元素（C）組成，因此是石墨的同質多象變體。

石墨是低溫低壓條件下的穩定相，金剛石是高溫高壓條件下的穩定相。在礦物學上，這對同質多象變體在晶體結構和物理性質上的差異最大。

在金剛石中，每個C 原子都通過共價鍵與周圍4個原子形成正四面體。因此，所有原子最外層電子都達到全滿狀態。這為金剛石的極端硬度提供了結構解釋。

而石墨中，每個原子與同層的3個相鄰原子以強鍵相連，而以弱鍵與鄰層中的第4個相鄰原子相連。解釋了其完全解理（指晶體沿著一定的面破裂的能力）的物理性質。

△ （a）在金剛石的晶體結構中，每個原子通過強共價鍵與4個相鄰原子連接；C—C鍵的鍵長都相等，為1.54?。（b）在石墨中，每個原子都與同一層中的3個最相鄰原子通過強鍵（鍵長為1.42?）相連，并與鄰層的第4個相鄰原子以稍弱的鍵（鍵長為3.36?）相連（后一種鍵未在圖中顯示）。為了揭示這種結構，原子大小相對于原子間距離而言縮小了。

與金剛石的產狀不同，石墨是變質煤礦床、石灰巖（limestone）、片巖（schist）以及片麻巖中的常見礦物，在一些地方是組成這些巖石的重要成分。有些火成巖及其相伴生的偉晶巖和熱液脈中也可見少量石墨。

△ 石墨，產自格陵蘭亞西亞特（Aasiaat）。對象：83mm×120mm。

石墨的高熔點（3000℃）和耐化學性使其在鑄造和熔化工藝中很有用。它還被用作潤滑劑、某些油漆的成分，以及鉛筆中的“鉛芯”。

△ 石墨可于紙上書寫

03 硅酸鹽礦物

對于礦物的分型，除自然元素外，通常根據所含化學成分的不同將它們分為9大類：

硫化物；鹵化物；氧化物和氫氧化物；碳酸鹽、硝酸鹽和硼酸鹽；硫酸鹽、鉻酸鹽、鉬酸鹽和鎢酸鹽；磷酸鹽、砷酸鹽和釩酸鹽；硅酸鹽；有機礦物。

在硅酸鹽中，有許多我們熟悉的礦物，如石英、鋯石、綠簾石、黃玉、石榴子石等等......

△水晶（石英變種），產自挪威孔斯貝格。視場：32 mm×48 mm。

其中，電氣石［Tourmaline，AB3C6(BO3)3Si6O18(OH)4]顏色多樣，使其成為一種頗受歡迎的寶石。

電氣石，又名碧璽，是一種含硼的硅酸鹽，其顏色隨化學成分而變化（在其化學通式中，A為Na、Ca或K；B為Al、Fe、Li、Mg、Mn或Ti；C為Al、Cr、Fe 或V）：通常為黑色，少見褐色、綠色、粉紅色、藍色、黃色或無色；單晶體具色帶現象；玻璃光澤；透明至半透明。

電氣石具強熱電性和壓電性，故此得名。

現在一般將電氣石作為礦物名稱，而將寶石級的電氣石稱為碧璽。

△ 電氣石，產自巴基斯坦斯塔克娜拉（Stak Nala）。視場：4258mm。

它由呈三角形的［BO3］基團和［SiO4］四面體六方環組成。所有四面體的頂端都指向同一個方向，即它們是極性的。

△電氣石晶體結構中存在三角形［BO3］基團（黃色）和［SiO4］四面體六方環（紅色）。六方環具極性，即它們的四面體都指向c軸的同一端。這些環是沿著c軸方向觀察到的；它們并沒有位于一個平面上，而是在三個不同的層面上。

電氣石產于花崗偉晶巖中，也經常產于受到形成電氣石的氣成作用影響的圍巖中。

電氣石還作為副礦物出現在火成巖和許多變質巖中，例如片麻巖和結晶灰巖。

黑電氣石是最常見的電氣石，它通常與常見的偉晶巖礦物長石、石英和白云母共生。

△ 黑電氣石（電氣石族），產自挪威斯納魯姆拉姆福斯（Ramfoss）。視場：66mm×93mm。

淺色的電氣石通常與綠柱石、鋰云母、螢石和磷灰石共生。

電氣石產地眾多。大多數寶石級電氣石產自巴西米納斯吉拉斯州，其他則產自納米比亞、馬達加斯加和斯里蘭卡。

△ 電氣石，產自意大利厄爾巴島。電氣石具有強熱電性。視場：33mm×63mm。

著名產地有意大利厄爾巴島、俄羅斯烏拉爾山脈的姆爾辛卡等地。美國加利福尼亞州帕拉（Pala）和梅薩格蘭德（Mesa Grande）地區的喜馬拉雅礦等礦山出產美麗的晶體。

△ 電氣石，產自美國加利福尼亞州喜馬拉雅礦。對象：22mm×46mm。

許多寶石品種也與電氣石有關：例如呈粉紅色至紅色的紅鋰電氣石（rubellite）、具各種綠色調的綠電氣石（verdelite），以及呈藍色、較罕見的藍電氣石（indigolite）。

△ 電氣石切片，產自巴西米納斯吉拉斯州特奧菲盧奧托尼。直徑：28 mm。

本文內容均來自《世界礦物圖鑒》

策劃&編輯丨后浪科學

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世界礦物圖鑒

［丹］奧勒·約翰森 / 著

劉銜宇 / 譯

978-7-5722-8736-7

128.00元

本書是丹麥哥本哈根地質博物館前策展人奧勒·約翰森（Ole Johnsen）基于博物館中珍貴的礦物藏品和他的私人藏品編寫的一本介紹礦物的圖鑒。全書以結晶學基礎知識的系統介紹作為開篇，共收錄產自世界各地的500余種礦物（包括較多珍貴寶石及同類著作中較少提到的不常見礦物）。圖鑒部分以600余幅極具代表性的礦物標本及其晶體結構高清彩圖搭配對礦物性質的文字描述，綜合介紹了每種礦物的名稱和品種、結晶學特征、物理和化學性質、鑒定特征及產地等關鍵信息。本書排版清晰，檢索便捷，開本適中，便于攜帶，是一本適合應用于野外礦物觀察與識別的地質圖鑒，可作為礦物寶石收藏家、礦物學和寶石學等相關專業師生，以及對礦物和寶石感興趣的大眾讀者的野外使用指南。

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