黃金和鉑金到底有何不同？到底什么是礦物？它們又是如何被命名的呢？
國際知名地質(zhì)博物館策展人奧勒·約翰森基于丹麥哥本哈根地質(zhì)博物館中珍貴的礦物藏品和他的私人藏品編寫了一本介紹礦物的圖鑒《世界礦物圖鑒》，書中收錄了世界各地500余種代表性礦物，涵蓋常見礦物與稀有礦物，還增加了結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)知識，讓我們得以從根本上識別礦物，理解礦物不可思議的結(jié)構(gòu)之美。
以下內(nèi)容節(jié)選自《世界礦物圖鑒》，文中所用插圖均來自該書。已獲得出版社授權(quán)刊發(fā)。
《世界礦物圖鑒》
作者：［丹］奧勒·約翰森
譯者：劉銜宇
版本：后浪丨浙江教育出版社
2025年2月
每一種礦物都有它自己的故事
礦物（mineral）一詞在不同語境下有不同含義。在地理書籍中，它指的是地球上豐富的礦產(chǎn)資源；在一些周刊雜志中，它代表的是健康食品中所富含的維生素與礦物質(zhì)；而在一些廣告中，它又特指礦泉水。在一個名為“動物、礦物，還是蔬菜？”的古老游戲中，人們首先會問某物體是否屬于上述三種類別中的一類，從而認識到傳統(tǒng)意義上對自然界的三分法（林奈將自然界分成植物界、動物界和礦物界），其中那些無機或無生命特征的物質(zhì)被歸為礦物類。那么，這些觀點是如何統(tǒng)一的呢？或者更確切地說，礦物究竟為何物？對于這個問題，自然需要咨詢專家——礦物學(xué)家。他們的回答如下：
一般來說，礦物是由地質(zhì)作用形成的、通常呈結(jié)晶態(tài)的單質(zhì)或化合物。
這個定義簡明扼要。首先，它告訴我們，礦物是由地質(zhì)作用形成的，也就是說，其形成過程是通過自然手段，沒有人為干擾的。根據(jù)定義，這樣的過程發(fā)生在地球上，不過，太陽系其他天體上也具有地質(zhì)活動。地質(zhì)作用不會在實驗室里發(fā)生，即便它能在實驗室被人類模擬，那也只是表明它所產(chǎn)生的是一種合成物質(zhì)而非天然礦物。譬如，在巖石中發(fā)現(xiàn)的金剛石是天然礦物，在實驗室中制作出來的金剛石則不是，因而被叫作人造金剛石或另有其名。
金伯利巖中的金剛石， 產(chǎn)自南非?！妒澜绲V物圖鑒》插圖
定義中，對礦物的第二個描述是它通常呈結(jié)晶態(tài)，換言之，它應(yīng)該由晶體組成。晶體是由晶面（是晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的外部表現(xiàn)）包圍起來的固體，晶體內(nèi)部的質(zhì)子（原子、離子或分子）在三維空間周期性地重復(fù)排列，即晶格（也稱格子構(gòu)造），所以晶體是具有格子構(gòu)造的固體。晶面只有在特殊的生長條件下才能形成。因此，晶體材料有兩個特點：（1）化學(xué)組成，即它的組成元素；（2）這些元素在晶格中的排列方式（包括晶格的尺寸和對稱性）。由此看來，晶體材料是均一的。從某種意義上說，晶體各個部分具有相同的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，而且不論其形成環(huán)境如何，同一晶體材料都具有這些性質(zhì)。不管形成于何處，石英就是石英。
一些礦物，如玉髓，具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)，沒有形成一般晶體所具有的晶面。還有一些礦物根本不是晶體，這要么是因為它們從未結(jié)晶，要么是因為它們的晶格因放射性衰變遭到破壞。不過，這些化合物仍可被視為礦物，因為它們具有地質(zhì)成因，而且相對均一，具有確定的化學(xué)和物理性質(zhì)。
位于方解石（白色）之上的自然硫（黃色），產(chǎn)自西班牙安達盧西亞自治區(qū)科尼爾?！妒澜绲V物圖鑒》插圖
大多數(shù)礦物是由兩種或兩種以上元素組成的化合物，只有少數(shù)由單一元素組成。幾乎所有礦物都是無機物，但也有一些由碳氫化合物或類似的有機化合物組成。
礦物通常以組合的形式產(chǎn)出。它們在較大區(qū)域的產(chǎn)出表現(xiàn)為巖石，小區(qū)域的產(chǎn)出表現(xiàn)為礦脈、孔洞、薄層、結(jié)殼等。
地質(zhì)學(xué)家通常把巖石分為“硬”巖和“軟”巖?！坝病睅r包括在地殼深部的地質(zhì)過程中形成的火成巖和變質(zhì)巖；而“軟”巖指沉積巖，主要是地球表面巖石遭受侵蝕而形成的。大部分“硬”巖由一些主礦物和少量副礦物組成。一旦知曉了其中單個礦物的形成過程，就可以理解這些礦物組合所講述的地質(zhì)事件。
當?shù)V物的形成條件（溫度、壓力、pH、成分濃度等）在一定范圍內(nèi)時，礦物就會結(jié)晶。如果這些條件中的一個或幾個發(fā)生變化，那么礦物可能將不再穩(wěn)定，就可能會轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N礦物。礦物獲得的能量用來打破現(xiàn)有的化學(xué)鍵，并重新組織或改變礦物的化學(xué)成分；如果有足夠的能量和時間，礦物將在新的物理化學(xué)條件下，轉(zhuǎn)變成另一種礦物。
然而，可用的能量并不總是足以顯著改變一個礦物組合。因此，對于形成壓力和溫度對應(yīng)地球表面4km以下的礦物，倘若部分厚度約1km的地殼發(fā)生侵蝕，導(dǎo)致礦物所處的物理化學(xué)條件完全改變，其仍可在近地表環(huán)境中繼續(xù)存在數(shù)百萬年。
在其他礦物組合中，條件的變化確實會導(dǎo)致一種礦物向另外一種礦物轉(zhuǎn)變。典型的例子見于銅礦床中。黃銅礦等原生礦物在礦床上部不穩(wěn)定，在富含氧的循環(huán)流體影響下會轉(zhuǎn)變?yōu)榭兹甘蛩{銅礦。
石英，產(chǎn)自奧地利蒂羅爾州?！妒澜绲V物圖鑒》插圖
地球上已知的礦物有4000多種。每一種礦物都有它自己的故事。每一種礦物都具有在特定地質(zhì)條件下形成的特定化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)。
由于這種多元性，很多礦物都是相關(guān)聯(lián)的，它們或者有相同的化學(xué)成分，或者有相同的晶體結(jié)構(gòu)類型。例如，石英和方石英的化學(xué)式都是SiO?，但它們的晶體結(jié)構(gòu)類型不同；方解石和菱鐵礦的晶體結(jié)構(gòu)類型相同（通常都是三方晶系），但化學(xué)成分不同。
其他一些礦物之所以獨特，要么是因為其元素組合不常見，要么是因為其晶體結(jié)構(gòu)類型稀有，或是兩者兼而有之。通常這類礦物的形成條件也較為獨特。例如，硅鈹錫鈉石是一種非常特殊的含錫硅酸鹽，僅產(chǎn)出于格陵蘭伊利馬薩克雜巖體中，盡管它的產(chǎn)量在此地相對來說較大。
片麻巖，產(chǎn)自格陵蘭薩肯博格?！妒澜绲V物圖鑒》插圖
礦物通常是如何命名的？
礦物和巖石的英文名稱一般都以ite或者lite結(jié)尾，后者源于希臘語lithos：石頭。一些礦物名字非常古老，其來源往往模糊不清。其他的名字源于一些古老的采礦術(shù)語，特別是德語。例如，后綴-spat和-blende分別表示礦物有好的解理和不含貴金屬。絕大多數(shù)礦物名稱是在過去的兩個世紀中被命名的。在過去幾十年里，對新礦物的命名有了大幅提升；在當代基本每年約有50種新礦物被記錄。近些年礦物記錄大爆炸的原因，是有了更好的研究手段，使得證明更多礦物種屬的存在成為可能。
起初，礦物的命名通常根據(jù)礦物的典型性質(zhì)。例如，斧石這個名稱源自希臘語中的斧頭axine，因為這種礦物的晶體形狀很像斧子的頭部；而星葉石的得名則結(jié)合了希臘語中的astron（星星）和phyllon（葉子），因為它有光澤，并具有明顯的片理化。
斧石，產(chǎn)自俄羅斯烏拉爾山脈的普伊瓦?！妒澜绲V物圖鑒》插圖
礦物還可以通過化學(xué)組成進行命名。例如鉻鐵礦，因其含有Cr元素。后來，隨著這些命名的可能性逐漸耗盡，人們便根據(jù)礦物的地理位置來擬定礦物名稱，既可以是某礦物的典型產(chǎn)地（例如，某礦物第一次被描述的地點），也可以是典型產(chǎn)地所在的景點、村莊或區(qū)域。例如，文石［aragonite，西班牙阿拉貢（Aragon）］、錳鋁榴石［spessartine，德國施佩薩特（Spessart）］，以及鋰電氣石［elbaite，意大利厄爾巴島（Elba）］。
還有根據(jù)人名來命名的，特別是化學(xué)家和礦物學(xué)家的名字。如鈣十字沸石和紫脆石分別是根據(jù)英國礦物學(xué)家威廉?菲利普斯和丹麥地質(zhì)學(xué)家N.V.烏辛的名字命名的。
現(xiàn)代礦物命名所遵循的原則與過去的相同，但現(xiàn)在新礦物和它的擬用名稱在發(fā)表前必須經(jīng)過相關(guān)國際協(xié)會委員會的批準。
在地殼中，化學(xué)元素很少以自然元素的形式出現(xiàn)，并且它們都不是大量存在的。然而，有一些礦物最負盛名，如自然金（Au）、自然銀（Ag）和金剛石（C）。因為它們具有寶貴的屬性，人類自古以來就一直在尋找它們。
自然元素可進一步分為自然金屬、自然半金屬和自然非金屬元素。自然金屬元素礦物由緊密堆積的球形陽離子（例如Au+）組成，且大多數(shù)是立方最緊密堆積。陽離子通過相對較弱并向各個方向伸展的化學(xué)鍵結(jié)合在一起。這種結(jié)構(gòu)是自然金屬元素礦物擁有那些最具特征的屬性的原因，即高導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性、金屬光澤、低硬度、高延展性、無解理，以及高密度。自然半金屬和自然非金屬元素礦物具有不同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，這將在個別礦物中提及。
自然金（gold，Au）
物理性質(zhì)
無解理，鋸齒狀斷口；延展性極強，可抽成細絲或錘成金箔；可切。硬度2.5～3，密度19.3g/cm3。純金為黃色，含少量Ag時顏色變淺，含Cu時顏色偏紅。條痕為金黃色，金屬光澤，不透明。
化學(xué)性質(zhì)
Au與Ag可形成一個完全固溶體系列，自然金中幾乎總是含有一定量的Ag，一般為2%～20%。還含有少量Cu和其他金屬。晶體結(jié)構(gòu)呈Au?立方最緊密堆積。
名稱與品種
含Ag超過20%時稱為銀金礦。
產(chǎn)狀
金在地殼中是一種稀有元素。大多數(shù)金以自然金形式存在，Au與Te、Bi、Sb和Se的化合物非常罕見。
自然金通常存在于熱液石英脈以及與富硅火成巖有關(guān)的巖脈中，常與黃鐵礦和其他硫化物共生。這類金礦床的產(chǎn)地有美國加利福尼亞州及西部其他的州。
自然金也呈細顆粒狀分散在大型礦床中，例如，在瑞典布利登，自然金與黃鐵礦和毒砂共生。
在石英上生長的自然金，產(chǎn)自美國加利福尼亞州普萊瑟縣的密歇根布拉夫礦?！妒澜绲V物圖鑒》插圖
自然金也見于由原生金礦床風化形成的沉積物中，作為一種次生礦物存在，即砂金。由于金對物理和化學(xué)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(chǎn)地攜帶的細小顆粒，也有較大的不規(guī)則團塊或“塊金”，其中一些從溶液中沉淀而來。最大的砂金型礦床出現(xiàn)在南非共和國（簡稱南非，本書統(tǒng)一使用南非）——例如著名的威特沃特斯蘭德礫巖，以及西伯利亞各地。
用途
Au長期以來被用作貨幣本位，相當數(shù)量的金被制作成金條。金條、純金紀念章等是主要的投資品。Au還用于珠寶、牙科和儀器部件中。為了提高硬度，通常將Au與Ag、Cu等其他金屬鑄成合金。過去，合金中的金含量用開表示，即在24份中金所占的份數(shù)。如今用千分數(shù)（‰）表示。
鑒定特征
顏色和條痕均為金黃色。與顏色相近的黃鐵礦、黃銅礦等礦物不同，自然金的硬度低、延展性強、密度大。
自然鉑（Platinum，Pt）
物理性質(zhì)
無解理，鋸齒狀斷口，延展性好。硬度4～4.5，是自然金屬中硬度較高的金屬；密度21.5g/cm3，但通常由于其他金屬的存在而降低。顏色鋼灰色至深灰色，條痕亮灰白色，金屬光澤，不透明。有時因含F(xiàn)e而具磁性。
化學(xué)性質(zhì)
自然鉑通常含部分Fe以及微量的Pd、Rh、Os、Ir或Cu。晶體結(jié)構(gòu)呈Pt?立方最緊密堆積。
名稱與品種“platinum”（鉑）源于西班牙語“plata”（銀），因為它和自然銀非常相似。
鉑金塊，產(chǎn)自俄羅斯烏拉爾山脈。《世界礦物圖鑒》插圖
產(chǎn)狀
自然鉑以顆粒狀分散在純橄欖巖和其他超基性巖中，通常與橄欖石、鉻鐵礦和磁鐵礦共生。它也以粒狀或塊狀的形式出現(xiàn)在含Pt純橄欖巖風化產(chǎn)生的沉積物中。自然鉑最重要的產(chǎn)地是俄羅斯烏拉爾地區(qū)和南非的布什維爾德雜巖體。
用途
Pt主要應(yīng)用于汽車尾氣催化劑，在石油和化學(xué)工業(yè)中也有類似用途。它熔點高、硬度大，并且耐化學(xué)腐蝕，這使其在其他許多工業(yè)中也有所應(yīng)用。
鑒定特征
顏色、條痕和密度；與自然銀不同，它不會失去光澤。
原文作者/［丹］奧勒·約翰森
摘編/何也
編輯/張進
導(dǎo)語校對/趙琳
