礦物

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「晶」彩絕倫的礦物世界

「晶」彩絕倫的礦物世界

 礦物在自然界中可說是無所不在,上自天際降落的隕石,下達地球內部的物質,都是由礦物所組成。礦物可以直接由岩漿作用或火山作用所生成;或者由風化、蒸發和經熱液、溶液等沈積作用所產生;也可以因溫度、壓力發生改變所引起的變質作用而形成。儘管礦物有著生成環境上的差異,但每一種礦物除了有固定範圍的化學成分外,其內部都有一定的幾何排列方式,我們稱它為結晶構造(圖1)。在適合的地質條件下,這些由原子或離子堆砌而成的均質固體,能在空間上呈現出規則性的結晶構造,加上外部包圍著大小不同的光滑晶面,便形成各式各樣的「礦物晶體」(mineral crystal)。由於晶體變化多端,有的如鬼斧神工般的精雕細琢,有的像如詩如畫般的美麗奇景,總令人讚嘆造物者的奧妙與神奇。

 目前地球上已知的礦物超過三千五百種以上,其中絕大多數是以晶體形式存在,因晶體是具有晶格構造的固體,內部有一定的原子構造,所以礦物大致具有一定的晶形,此種結晶體稱為「結晶質」(Crystalline)礦物。某些結晶物質,因為晶體極小,只有透過顯微鏡放大才能看見,稱為「微晶質」(Micro-crystalline)礦物,如常用來製作飾品的翡翠就是其中一種;而有些晶體甚至連在顯微鏡下都難以觀察得到的,是為「隱晶質」(Cryptocry-stalline)礦物,例如玉髓、瑪瑙(圖2)便是。而少數自然生成的物質,其內部欠缺有秩序的排列構造,也沒有一定的化學和物理性質,我們稱它為「非晶質」(Amorphous)礦物或似礦物,如蛋白石(圖3)、褐鐵礦。

 自然界的礦物一般是以單晶個體或是同種礦物的集合體型式存在,雖然每種礦物都有獨特的晶體結構,但是它們在生長的過程中,往往受到外界溫度、溶液黏度、結晶速度、成分來源多寡與雜質含量等因素的限制與影響,而形成多樣的礦物晶體形態。

單體形態

 指礦物晶體在三度空間中,各個方向相對發育的比例不同,所產生的各種晶體型式。根據礦物的結晶習性(又稱為晶僻Habit),大致可歸納出三種常見的單體形態:(1)單向延伸晶體:單晶在三度空間中沿著一個方向的生長特別發達,如呈柱狀的電氣石、針狀的金紅石等。(2)二向延伸晶體:單晶在三度空間中,沿著兩個方向生長發達,如片狀的雲母、厚板狀的重晶石。(3)三向等長晶體:單晶沿著三個方向的生長速率大致相等,如粒狀的石榴子石、呈正方體的黃鐵礦和方鉛礦等。

雙晶形態

 雙晶是兩個以上的同種晶體,依一定的規則連生,其中一個個體與另一個個體呈鏡像關係,或者是其中一個個體旋轉180度後,可與另一個個體重合或處於平行的方位,依其產狀一般可分為接觸雙晶和貫穿雙晶兩種。接觸雙晶是兩個單晶個體以簡單的平面接觸方式所構成,例如石膏的燕尾雙晶和金紅石的膝狀雙晶。另一種接觸雙晶的型式是由多個片狀個體以規律的方式連生,其接合面相互平行,稱之為聚片雙晶(Twin lamella)。拉長石(Labradorite)就是具有聚片雙晶結構,所以當轉動晶體時,顏色會隨著光線入射角的改變而從藍到綠到黃的變化(圖4),閃閃動人。而貫穿雙晶是由兩個單晶個體相互穿插而成,常見的有正長石的卡斯巴雙晶和十字石的十字雙晶。此外,霰石還常出現三個晶體連生的奇特現象。

集合體形態

 事實上,在自然界中多數礦物是以集合體的方式出現,礦物集合體指的是由同種礦物以許多個體聚集在一起,因聚集的方式複雜且多變,往往建構出精彩絕倫的礦物形態。就顯晶集合體而言,常見的有粒狀、球狀、片狀、板狀、柱狀、針狀、簇狀、纖維狀、放射狀等(圖5)。而隱晶集合體則呈現出葡萄狀、腎狀、鐘乳狀、鮞狀、豆狀、樹枝狀或結核狀等形態。

 礦物的結晶蘊含著大自然中無窮的奧秘,無論是單晶、雙晶或是集合體,它們不僅是渾然天成的藝術傑作及美的化身,也是我們探索地球的一把鑰匙,更是我們日常生活的最佳伙伴,從用的寶石、鋼鐵、水泥、鉛筆,到吃的鹽巴,都脫離不了礦物的範疇,進入礦物的萬花筒世界,能讓你更佩服大自然的浩瀚、神奇與奧妙。

出處:國立自然科學博物館館訊,2004年,第205期,第5頁。

* 圖說:圖1.結晶質礦物的內部質點(原子、離子、離子團或分子等)在三維空間呈週期性的重複排列,圖為方解石(CaCO<sub>3</sub>)晶體內鈣、碳和氧原子的堆疊構造模型。* 作者:洪誌楀拍攝* 智財權:國立自然科學博物館* 圖說:圖1.結晶質礦物的內部質點(原子、離子、離子團或分子等)在三維空間呈週期性的重複排列,圖為方解石(CaCO3)晶體內鈣、碳和氧原子的堆疊構造模型。
* 作者:洪誌楀拍攝
* 智財權:國立自然科學博物館
* 圖說:圖2.綠玉髓屬於隱晶質礦物的一種。* 作者:洪誌楀拍攝* 智財權:國立自然科學博物館* 圖說:圖2.綠玉髓屬於隱晶質礦物的一種。
* 作者:洪誌楀拍攝
* 智財權:國立自然科學博物館

* 圖說:圖3.蛋白石內含有不定量的水分子(SiO<sub>2</sub>.nH<sub>2</sub>O),屬於非晶質礦物。* 作者:洪誌楀拍攝* 智財權:國立自然科學博物館* 圖說:圖3.蛋白石內含有不定量的水分子(SiO2.nH2O),屬於非晶質礦物。
* 作者:洪誌楀拍攝
* 智財權:國立自然科學博物館
* 圖說:圖4.拉長石因具有聚片雙晶,光線入射後可以折射出漂亮的色彩。* 作者:洪誌楀拍攝* 智財權:國立自然科學博物館* 圖說:圖4.拉長石因具有聚片雙晶,光線入射後可以折射出漂亮的色彩。
* 作者:洪誌楀拍攝
* 智財權:國立自然科學博物館

* 圖說:圖5.鈉沸石集合體多呈放射狀產出。* 作者:洪誌楀拍攝* 智財權:國立自然科學博物館* 圖說:圖5.鈉沸石集合體多呈放射狀產出。
* 作者:洪誌楀拍攝
* 智財權:國立自然科學博物館

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