矿物学发展史

矿物学的发展跨越了几个世纪。作为一门科学,它的发展历史相对较短,但它的应用却和人类文明史一样悠久。例如,在石器时代,人们意识到某些矿物质被制成工具或武器时,可以为人类提供食物和保护。早期人类在洞穴绘画中使用的天然颜料由赤铁矿(红色)和磁铁矿(黑色)组成。在青铜时代,人类开始寻找可以提炼金属的矿物,并将金属熔炼制成器皿。

矿物学作为一个独立研究领域的出现,以德国物理学家Georgius Africolar在1556年写的《金属学》(De Re Metallica)一书(中文译为《采矿与冶金大全》或《论金属》)为标志。这本书是欧洲采矿和冶金技术的经典。所以在欧洲国家影响力很大。本书共分12册,全面总结了从欧洲到16年的探矿、采矿、选矿、矿石冶炼作业的技术经验。详细讨论了从矿石中冶炼金属和分离鉴定各种金属的方法。并首次提出了“矿物”一词。在此之前,有一些关于矿物的记载。例如,中国的《山海经》(约公元前475年)是世界上最早描述矿物原料的书籍。后来我国的《本草纲目》(1596)一书对药用矿物做了详细的考证,包括其特性、鉴别方法、来源、赋存状态、医疗作用等。

随着社会生产力的不断发展,矿物学也在发展。许多科学家为矿物学的发展做出了巨大贡献(表1-1)。1857年,偏光显微镜问世,并成功应用于矿物的鉴定和研究。1895年伦琴发现X射线,1912年马克斯·冯·劳厄的X射线晶体衍射实验成功,使确定矿物晶体内部结构成为可能,从而获得矿物化学成分与晶体结构的统一关系。从20世纪30年代开始,相平衡理论和物理化学理论被引入矿物学研究,用于探讨矿物在不同地质条件下的稳定性,以及矿物之间的共生关系和分布规律。20世纪60年代以来,一系列现代测试技术和手段,包括电子光学和激光测试技术、各种光谱手段、高温和超高压实验核技术、计算机技术等。以及现代物理、化学理论应用于矿物学研究,使矿物学研究进入了一个微区、高分辨率、精细结构、宏观与微观相结合的新阶段。过去,描述性矿物学已被矿物形成和变化的研究所取代。矿物的成因、矿物结构的缺陷和不均匀性、生物对矿物的影响是现代矿物学研究的重点。

现代矿物学已发展成为一门与行星科学、生物学、材料学和环境科学等多学科高度交叉的综合性矿物科学。矿物学的主要方向和一些交叉学科方向得到了不断发展和完善。其研究内容广泛而深刻。比如①模拟地幔和地核的物质组成,在高温高压下人造新矿物,比如后钙钛矿;②通过对矿物施加超高压或电子束辐射,探索从晶态到非晶态的转变,以寻找适合贮存核废料的矿物;③研究微生物引起的矿物沉淀或溶解,控制地表上下不同环境中元素的分布;④矿物表面化学反应动力学的研究;等一下。上述研究有助于了解地球和其他行星复杂而不寻常的组成,有助于获取地质演化过程中矿物的信息。

表1-1一些著名科学家对矿物科学的重大贡献

从事固体物质的研究和应用,需要矿物学家的专业理论知识和专业技能。所以有志向的人需要打下扎实的矿物学基础才能胜任。