高中地球科學/礦物識別

假設你用從零用錢中省下的錢買了一件新襯衫。當你打電話給你的好朋友時，你會如何描述你的襯衫？你可能會描述顏色、面料的手感和袖子的長度。這些都是你襯衫的物理性質。如果你很好地描述了你的襯衫，你的朋友在你看它時就能認出來。礦物也具有用於識別它們的物理性質。

課程目標

解釋如何識別礦物。
描述如何使用顏色、光澤和條痕識別礦物。
解釋如何測量礦物的硬度。
描述解理和斷口的性質。
識別可用於識別某些礦物的其他性質。

如何識別礦物？

想象一下，你被給了一個類似於圖 3.12 中所示的礦物樣本。你會如何嘗試識別你的礦物？如果你是一名礦物學家，你會使用某些性質來識別礦物。你可以透過觀察礦物來觀察一些性質。例如，你可以看到圖 3.12 中的礦物是金色的，而且有光澤。但是，你無法看到所有礦物性質。你需要進行簡單的測試來確定一些性質，例如礦物的硬度。你可以使用礦物的性質來確定它的身份，因為這些性質是由化學成分和晶體結構決定的，或者說是原子排列的方式。

顏色

顏色可能是最容易觀察的性質。不幸的是，你很少能只通過顏色識別礦物。有時不同的礦物顏色相同。再看一下圖 3.12。該礦物呈金色，所以你可能會認為它是黃金。該礦物實際上是黃鐵礦，或稱為“愚人金”，它由鐵和硫化物組成。它不含任何金原子。

通常，相同的礦物會呈現不同的顏色。圖 3.13 顯示了兩個石英樣本——一個是無色的（儘管在紫色背景上），另一個是紫色的。石英的紫色來自晶體中微量的鐵。石英中的鐵是一種化學雜質，因為它通常不存在於石英中。許多礦物因化學雜質而著色。其他因素，如風化作用，也會影響礦物的顏色。風化作用會影響礦物的表面。由於顏色本身不可靠，地質學家透過多種特徵來識別礦物。

圖 3.13：儘管這些礦物樣本顏色不同，但它們都是石英。紫水晶是紫色的石英。左邊的白色石英看起來略帶紫色，僅僅是因為它處於紫色背景上。

條痕

條痕是指礦物粉末的顏色。要進行條痕測試，你將礦物在無釉瓷板上刮擦。該板比許多礦物更硬，導致礦物在板上留下粉末條痕。如 3.14 圖所示，條痕的顏色通常與較大礦物樣本的顏色不同。如果你對黃金色黃鐵礦進行條痕測試，你會看到黑色條痕。這種黑色條痕告訴你該礦物不是黃金，因為黃金的條痕是金色的。

條痕比礦物樣本的顏色更可靠的性質。礦物的顏色可能會有所不同，但它的條痕不會改變。此外，不同的礦物可能顏色相同，但它們的條痕顏色可能不同。例如，赤鐵礦和方鉛礦的樣本都可能是深灰色，但赤鐵礦具有紅色條痕，方鉛礦具有灰色條痕。

光澤

光澤描述了光線從礦物表面反射的方式。你可能會將鑽石描述為閃閃發光或黃鐵礦為有光澤，但礦物學家有專門的術語來描述礦物的光澤。他們首先將礦物分為金屬光澤和非金屬光澤。像黃鐵礦這樣的不透明且有光澤的礦物具有金屬光澤。具有非金屬光澤的礦物看起來不像金屬。非金屬光澤有很多型別，其中六種在表 3.1 中有所描述。

表 3.1：具有非金屬光澤的礦物
非金屬光澤	外觀
金剛光澤	閃亮
土狀	乾的，像粘土一樣
珍珠光澤	像珍珠一樣
樹脂光澤	像樹脂，如樹液
絲絹光澤	看起來很柔軟，有長纖維
玻璃光澤	玻璃狀

你能將圖 3.15（以下）中的礦物與表 3.1（以上）中的正確光澤匹配嗎？不要看標題。

圖 3.15：鑽石具有金剛光澤。石英不像鑽石那樣閃閃發光。它具有玻璃狀光澤。硫磺反射的光線比石英少，所以它具有樹脂光澤。

密度

你將要拜訪一位朋友。你用書籍裝滿一個揹包，以便以後學習。你將枕頭塞入另一個相同大小的揹包中。哪個揹包更容易攜帶？即使揹包大小相同，裝有書籍的揹包也會重很多。它比裝有枕頭的揹包密度更大。

密度描述了在一定空間內有多少物質。物質越密集，其密度就越高。一杯水與浴缸或游泳池中的水的密度相同。所有物質都具有特徵密度，這與你擁有多少物質無關。

質量是物體中物質數量的度量。物體佔用的空間大小由其體積來描述。因此，物體的密度取決於其質量和體積。可以使用以下公式計算密度。

密度 = 質量/體積

相同大小但密度不同的樣本將具有不同的質量。金的密度約為 19 g/cm³。黃鐵礦的密度僅約為 5 g/cm³。石英的密度甚至低於黃鐵礦，約為 2.7 g/cm³。如果你拿起一塊大小相同的黃鐵礦和一塊石英，你會發現黃鐵礦的重量幾乎是石英的兩倍。

硬度

表 3.2：莫氏硬度表
硬度	礦物
1	滑石
2	石膏
3	方解石
4	螢石
5	磷灰石
6	正長石
7	石英
8	黃玉
9	剛玉
10	金剛石

硬度是指礦物抵抗刮擦的能力。不易刮擦的礦物是硬的。你透過用已知硬度的礦物刮擦礦物的表面來測試礦物的硬度。礦物學家使用莫氏硬度表（如上表 3.2 所示）作為礦物硬度的參考。該表按相對硬度順序列出了常見礦物。你可以使用表中的礦物來測試未知礦物的硬度。

正如你所見，金剛石在莫氏硬度表上是 10。金剛石是最硬的礦物，這意味著沒有其他礦物能夠刮擦金剛石。石英是 7，所以它可以被黃玉、剛玉和金剛石刮擦。石英會刮擦硬度等級更低的礦物，如螢石。假設你測試了一塊純金的硬度。方解石會刮擦金子，而石膏不會，因為石膏是 2，方解石是 3。這意味著金子的硬度介於石膏和方解石之間，即 2.5。2.5 的硬度意味著金子是一種相對柔軟的礦物。它只有你指甲的硬度。

解理和斷口

礦物以其特有的方式斷裂。記住所有礦物都是晶體，這意味著礦物中的原子以重複的模式排列。礦物中原子的排列方式決定了礦物的斷裂方式。當你打破礦物時，你打破了化學鍵。由於原子排列的方式，一些鍵比其他鍵更弱。礦物更有可能在原子之間鍵合較弱的地方斷裂。

解理是礦物沿著特定平面斷裂以形成光滑表面的趨勢。具有不同晶體結構的礦物將以不同的方式解理，如圖 3.16 所示（如下）。石鹽傾向於形成具有光滑表面的立方體，雲母傾向於形成薄片，螢石可以形成八面體。

石鹽在解理時往往形成立方體。

雲母傾向於以薄片的形態斷裂。這一塊顯示了層狀薄片。

螢石形成八面體，它有八個面。

圖 3.16：具有不同晶體結構的礦物傾向於沿著特定平面斷裂。

當礦物沿著其解理面斷裂時，它們可以形成各種形狀，就像圖 3.17 中所示的多邊形。解理面對於切割寶石（如鑽石和祖母綠）的人來說很重要。這些平面決定了晶體如何切割以形成光滑的表面。

立方體

菱面體

八面體

圖 3.17：立方體有六個側面，所有側面都是相同大小的正方形。立方體中的所有角度都等於 90°。菱面體也有六個側面，但側面是菱形的。八面體有八個側面，所有側面都是三角形的。

斷口描述了礦物在不沿著解理面斷裂時如何斷裂。所有礦物都會斷裂，但斷口描述的是斷裂時產生的表面不光滑且平坦的斷裂。你可以從礦物的斷口方式瞭解礦物。金屬斷裂時通常會形成鋸齒狀邊緣。如果礦物像木材一樣劈裂，它可能是纖維狀的。一些礦物，如石英，在斷裂時會形成光滑的彎曲表面。圖 3.18（下）顯示了一種斷裂形成光滑彎曲表面的礦物。

**圖 3.18**：這塊黑曜石標本——實際上不是礦物，而是火山玻璃——在斷裂時形成了光滑的彎曲表面。

其他鑑定特徵

礦物還有一些其他特性，可以用來識別它們。例如，礦物的晶體結構可以用來幫助識別礦物。有時，訓練有素的礦物學家僅憑肉眼觀察礦物的形狀就能判斷出它的晶體結構。在其他情況下，礦物中的晶體太小而無法看到，礦物學家將使用使用 X 射線的特殊儀器來確定晶體結構。

一些不尋常且有趣的特性可以用來識別某些礦物。表 3.3 列出了一些這些特性。雖然這些特性很罕見，但幾種礦物都具有這些特性。表 3.3 中還列出了具有每種特性的礦物的示例。

表 3.3：不常見的礦物特性
特性	描述	礦物示例
熒光	礦物在紫外線下發光	螢石
磁性	礦物被磁鐵吸引	磁鐵礦
放射性	礦物會發出可以用蓋革計數器測量的輻射	鈾礦
反應性	當礦物暴露在弱酸中時會形成氣泡	方解石
氣味	一些礦物具有獨特的氣味	硫（聞起來像臭雞蛋）

課程總結

你可以透過礦物的外觀和其他性質來識別礦物。
顏色和光澤描述了礦物的外觀，條痕描述了礦物粉末的顏色。
礦物具有特徵密度。
莫氏硬度計用於比較礦物的硬度。
礦物解理或斷裂的方式取決於礦物的晶體結構。
一些礦物具有特殊的性質，可以用來幫助識別礦物。

複習問題

礦物的哪些性質描述了它破裂的方式？
礦物看起來乾燥且粉狀。它有什麼樣的光澤？
您正在嘗試識別礦物樣品。磷灰石在礦物表面留下了劃痕。您接下來會使用哪種礦物來測試該礦物的硬度——螢石還是長石？解釋您的推理。
在識別礦物時，為什麼條痕比顏色更可靠？
您有兩個礦物樣品，大小約為高爾夫球。礦物 A 的密度為 5 g/cm³。礦物 B 的密度是礦物 A 的兩倍。礦物 B 的密度是多少？
為什麼有些礦物會沿著特定平面解理？

詞彙表

解理: 礦物沿著特定平面斷裂以形成光滑表面的趨勢。
密度: 一定空間內物質的多少；質量除以體積。
斷口: 礦物在不沿著解理面斷裂時如何斷裂的方式。
硬度: 抵抗劃傷的能力。
光澤: 光線從礦物表面反射的方式。
條痕: 礦物粉末的顏色。

需要考慮的要點

有些礦物有顏色是因為它們含有化學雜質。這些雜質是如何進入礦物中的？
您需要測量礦物樣品的哪些兩個性質才能計算出它的密度？

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