Искам да знам всичко

Минералогия

Pin
Send
Share
Send


минералогия е наука за Земята, фокусирана около химията, кристалната структура и физичните (включително оптичните) свойства на минералите. Специфичните изследвания в рамките на минералогията включват процесите на минерален произход и образуване, класификация на минерали, тяхното географско разпространение, както и тяхното използване.

История

Ранните спекулации, проучвания и теория на минералогията са писани в древна Вавилония, древногръцко-римския свят, древен и средновековен Китай и са отбелязани в прана на санскритски текстове от древна Индия.1 Първите систематични научни изследвания на минералите и скалите обаче са били развитие на следренесансова Европа.2 Надеждното изследване на минералогията е основано на принципите на кристалографията и микроскопичното изследване на скални секции с изобретяването на микроскопа през XVII век.2

Европа и Близкия изток

Аристотел (384-322 г. н.е.)

Древногръцките писатели Аристотел (384-322 г. пр. Хр.) И Теофраст (370-285 г. пр.н.е.) били първите в западната традиция, които писали за минерали и техните свойства, както и за метафизични обяснения за тях. Гръцкият философ Аристотел е написал своето Meteorologica, и в него се теоретизира, че всички известни вещества са съставени от вода, въздух, земя и огън със свойствата на сухота, влажност, топлина и студ.3 Гръцкият философ и ботаник Теофраст написал своето De Mineralibus, който прие мнението на Аристотел и раздели минералите на две категории: тези, засегнати от топлината и тези, засегнати от влагата.3

Метафизичното излъчване и издишване (Anathumiaseis) теорията на гръцкия философ Аристотел включва ранни спекулации за науките за земята, включително минералогията. Според неговата теория, докато металите е трябвало да се кондензират чрез влажно издишване, сухо газообразно издишване (Pneumatodestera) е била ефективната материална причина за минерали, открити в земната почва.4 Той постулира тези идеи, като използва примерите за влага на повърхността на земята (влажна пара „потенциално като вода“), а другата е от самата земя, отнасяща се до атрибутите на гореща, суха, опушена и силно горима („потенциално като огън“).4 Метафизичната теория на Аристотел от древността е имала широко влияние върху подобна теория, открита в по-късна средновековна Европа, както отбелязва историкът Бертел:

Теорията на издишванията беше отправна точка за по-късните идеи за генерирането на метали в земята, които срещаме с Proclus и които царуваха през средните векове.1

С философи като Проклас теорията на неоплатонизма се разпространи и в ислямския свят през средните векове, като предостави основа за метафизични идеи за минералогията и в средновековния Близкия Изток. Средновековните ислямски учени разшириха и това, включително персийския учен Ибн Сина (ابوعلى سينا ​​/ پورسينا) (980-1037 г. пр. Н. Е.), Който отхвърли алхимията и по-ранната представа за гръцката метафизика, че металните и други елементи могат да бъдат трансформирани в едно друг.1 Това, което до голяма степен беше точно от древногръцките и средновековни метафизични идеи по минералогия, беше бавната химическа промяна в състава на земната кора.1 Имаше и ислямския учен Джабир ибн Хаян (721-815 г. пр. Хр.), Който беше първият, който въведе експериментален метод в алхимията. Подпомогнат от гръцката питагорейска математика, той откри синтеза за солна киселина, азотна киселина, дестилация и кристализация (последните две са от съществено значение за разбирането на съвременната минералогия).

Древногръцката терминология на минералите също се е задържала през вековете с широко приложение в съвременността. Например, гръцката дума азбест (което означава „неизчерпаем“ или „неизгасяем“) за необичайния днес минерал, съдържащ влакнеста структура.5 Древните историци Страбон (63 г. пр. Хр. - 19 в. Пр. Н. Е.) И Плиний Старейшина (23-79 г. пр.н.е.) и двамата писали за азбест, неговите качества и произход, с елинистичното убеждение, че е от вид зеленчук.5 Плиний Старейшина го изброява като минерал, разпространен в Индия, докато историкът Ю Хуан (239-265 г. пр.н.е.) от Китай изброява тази „огнеупорна кърпа“ като продукт на древен Рим или Арабия (на китайски: Daqin).5 Въпреки че документацията на тези минерали в древни времена не отговаря на начина на съвременна научна класификация, въпреки това е имало обширна писмена работа по ранната минералогия. Например Плиний посветил 5 цели тома от работата си Naturalis Historia (77 C.E.) към класификацията на „земя, метали, камъни и скъпоценни камъни“.6 Въпреки това, преди по-окончателните основополагащи работи по минералогия през 16 век, древните са разпознавали не повече от около 350 минерала, които да бъдат изброени и описани. 7

Георгиус Агрикола, „Баща на минералогията“

Георг Агрикола (1494-1555)

В началото на XVI в. Пр. Н. Е., Съчиненията на немския учен Георг Бауер, псевдоним Георгиус Агрикола (1494-1555 г. пр.н.е.), в Bermannus, sive de re metallica dialogus (1530 г.) се счита за официалното установяване на минералогията в съвременния смисъл на нейното изследване. Той пише трактата, докато работи като градски лекар и прави наблюдения в Йоахимстал, който тогава е бил център за минно-металургичната промишленост. През 1544 г. той публикува писменото си произведение De ortu et causis subterraneorum, което се счита за основополагащо произведение на съвременната физическа геология. В него (подобно на Ибн Сина) той остро критикува теориите, изложени от древните гърци като Аристотел. Работата му по минералогия и металургия продължи с публикуването на De veteribus et novis metallis през 1546 г. и кулминира в най-известните си творби De re metallica от 1556 г. Това беше впечатляваща работа, очертаваща приложенията за добив, рафиниране и топене на метали, наред с дискусиите за геология на рудни тела, геодезически проучвания, строителство на рудници и вентилация. През следващите два века това писмено произведение остава авторитетният текст за минното дело в Европа.

Агрикола имаше много различни теории за минералогията, основани на емпирични наблюдения, включително разбиране на концепцията за рудни канали, които са се образували от циркулацията на подземните води („сукци“) в пукнатини след отлагането на околните скали.8 Както ще бъде отбелязано по-долу, средновековните китайци и преди са имали концепции за това.

За своите произведения Агрикола е посмъртно известен като „бащата на минералогията“.

След основополагащата работа, написана от Агрикола, научната общност е широко съгласна, че Gemmarum et Lapidum Historia на Анселмус де Буд (1550-1632) от Брюж е първото окончателно произведение на съвременната минералогия.7 Германският химик за добив Й. Ф. Хенкел написа своето Флора Сатурнизани от 1760 г., който е първият трактат в Европа, който се занимава с геоботанически минерали, въпреки че китайците споменават това в по-ранните трактати от 1421 и 1664 година.9 Освен това китайският писател Дю Ван направи ясни препратки към атмосферните влияния и ерозионните процеси в него Юн Лин Ши Пу от 1133 г., много преди работата на Агрикола от 1546г.10

Китай и Далечния Изток

В древен Китай най-старото литературно изброяване на минерали датира най-малко от четвърти век преди Христа, с Джи Ни Зи книга, изброяваща 24 от тях.11 Китайските идеи за метафизична минералогия се отнасят най-малко до древната династия Хан (202 г. пр.н.е.-220 г. пр.н.е.). От II век B.C.E. текст на Хуай Нан Зи, китайците използвали идеологически даоистки термини, за да опишат метеорологията, валежите, различните видове минерали, металургията и алхимията.12 Въпреки че разбирането на тези понятия в ханско време е имало даоистичен характер, предложените теории са сходни с аристотеловата теория за минералогичните издишвания (отбелязано по-горе).12 Към 122 г. пр. Н. Е. Китайците по този начин формулират теорията за метаморфозата на минералите, въпреки че историци като Дъбс отбелязват, че традицията на алхимико-минералогичната китайска доктрина се отнася отново към Школата по натуралисти, ръководена от философа Зу Ян (305 г. пр.н.е.) -240 г. пр.н.е.13 В рамките на широките категории скали и камъни (ши) и метали и сплави (джин), от времето на Хан китайците са имали стотици (ако не и хиляди) изброени видове камъни и минерали, заедно с теории за това как са се образували.1314

През пети век пр. Н. Е. В енциклопедията пише принц Циан Пинг Ванг от династията Лю Пес Тай-пинг Ю Лан (около 444 в.е. от загубената книга) Диан Шу, или Управление на всички техники):

Най-ценните неща в света се съхраняват в най-съкровените региони на всички. Например има орпимент. След хиляда години той се превръща в realgar. След още хиляда години realgar се превръща в жълто злато.15

В древен и средновековен Китай минералогията стана здраво обвързана с емпиричните наблюдения във фармацевтиката и медицината. Например известният хоролог и инженер-механик Су Сонг (1020-1101 в.е.) от династията Сонг (960-1279 в.е.) пише за минералогия и фармакология в своята Бен Чао Ту Дзин от 1070 г. В него той създава систематичен подход за изброяване на различни различни минерали и тяхната употреба в лекарствени смеси, като всички различни познати форми на слюда, които биха могли да бъдат използвани за лечение на различни болести чрез храносмилане.16 Su Song също така пише за субконхоидалната фрактура на родния кинобар, знаци на рудни кори и предостави описание на кристална форма.8 Подобно на рудните канали, образувани при циркулация на подземни води, споменати по-горе с немския учен Агрикола, Су Сонг направи подобни твърдения относно медния карбонат, както по-рано Ri Hua Ben Cao от 970 ° С с меден сулфат.8

Ученият от династията Юан Джан Си-Сяо (умрял 1332 г. пр. Хр.) Предостави новаторски трактат за концепцията на рудните кори от циркулацията на подземните води и скалните пукнатини, два века преди Георгиус Агрикола да стигне до подобни заключения.17 В неговия Суо Нан Вен Джи, той прилага тази теория при описване на отлагането на минерали чрез изпаряване на (или утаяване от) подземни води в рудни канали.14

В допълнение към алхимичната теория, поставена по-горе, по-късни китайски писатели като лекарката на династията Мин Ли Шиджън (1518-1593 г. пр. Н. Е.) Са писали за минералогията по подобен начин на метафизичната теория на Аристотел, както последният пише във фармацевтичния си трактат Běncǎo Gāngmù (本草綱目, Компендиум на Materia Medica, 1596).1 Друга фигура от епохата на Минг, известният географ Сю Ксиаке (1587-1641) пише в трактата си за минерални лехи и слюди.18 Въпреки че европейската литература по минералогия става широка и разнообразна, писателите от династиите Мин и Цин не са писали малко по темата (дори в сравнение с китайската от по-ранната епоха на Песен). Единствените други произведения от тези две епохи, които си струва да бъдат споменати, бяха Ши Пин (Йерархия на камъните) на Ю Юн през 1617 г., Гуай Ши Лу (Странни скали) на Song Luo от 1665 г. и Гуан Ши Лу (От гледна точка на камъните) през 1668г.18 Все пак една фигура от ерата на Песента, която заслужава да се спомене преди всичко, е Шен Куо.

Теории на Шен Куо

Шен Куо (沈括) (1031-1095))

Средновековният държавник на китайската династия на песни и учен Шен Куо (1031-1095 г. пр. Н. Е.) Пише за теорията си за формиране на земя, включваща концепции за минералогия. В неговия Менг Си Би Тан (梦溪笔谈; Съчинения за басейн за сънища, 1088), Шен формулира хипотеза за процеса на образуване на земя (геоморфология); въз основа на наблюдението му на морски изкопаеми раковини в геоложки слой в планините Тайханг на стотици мили от Тихия океан.19 Той заключи, че земята е образувана от ерозия на планините и чрез отлагане на утайки, и описа ерозия на почвата, утаяване и издигане.20 В по-ранно негово произведение (около 1080 г.) той пише за любопитен вкаменелост на морско ориентирано създание, намерено далеч във вътрешността.21 Също така е интересно да се отбележи, че съвременният автор на Xi Chi Cong Yu приписва идеята за конкретни места под морето, където змиите и раците са вкаменени на един Ванг Джинхен. С писането на Шен Куо за откриването на вкаменелости той формулира хипотеза за изместване на географския климат през цялото време.22 Това се дължи на стотици вкаменени бамбуци, открити под земята в сухия климат на Северен Китай, след като огромно свлачище на брега на река ги разкри.22 Шен теоретизира, че в предисторическите времена климатът на Янжоу трябва да е бил много дъждовен и влажен като Южен Китай, където бамбукът е подходящ за отглеждане.22

По подобен начин историкът Джоузеф Нудъм оприличава счетоводството на Шен с шотландския учен Родерик Мърчисън (1792-1871), който е вдъхновен да стане геолог, след като наблюдава провиден свлачище. В допълнение, описанието на Шен за утаечно отлагане предхожда това на Джеймс Хътън, който пише своята новаторска работа през 1802 г. (считана за основата на съвременната геология).10 Влиятелният философ Чжу Си (1130-1200 г.) пише и за тези любопитни природни явления на вкаменелостите и е бил известен с това, че е чел произведенията на Шен Куо.23 За сравнение, първото споменаване на вкаменелости, открити на Запад, е направено близо два века по-късно с Луи IX от Франция през 1253 г. пр. Н. Е., Който е открил вкаменелости на морски животни (както е записано в записите на Джойнвил от 1309 г. пр.н.е.).24

Съвременна минералогия

Халкоцит, минерал от медна руда.

В исторически план минералогията се занимаваше силно с таксономията на скалообразуващите минерали; за тази цел Международната минералогична асоциация е организация, чиито членове представляват минералози в отделни страни. Дейностите му включват управление на именуването на минерали (чрез Комисията за нови полезни изкопаеми и имена на минерали), разположение на известни минерали и др. От 2004 г. има над 4000 вида минерали, признати от IMA. От тях може би 150 могат да се нарекат „общи“, други 50 са „случайни“, а останалите са „редки“ до „изключително редки“.

Съвсем наскоро, водена от напредъка на експерименталната техника (като неутронна дифракция) и наличната изчислителна мощност, последната от които е позволила изключително точни симулации на атомно-мащабното поведение на кристалите, науката се разклонява да разгледа по-общи проблеми в области на неорганичната химия и физиката на твърдото тяло. Той обаче запазва акцент върху кристалните структури, често срещани в скалообразуващите минерали (като перовскитите, глинените минерали и рамковите силикати). По-специално, полето постигна значителен напредък в разбирането на връзката между атомната структура на минералите и тяхната функция; в природата известни примери биха били точното измерване и прогнозиране на еластичните свойства на минералите, което доведе до ново вникване в сеизмологичното поведение на скалите и свързаните с дълбочината разкъсвания в сеизмограмите на земната мантия. За тази цел, във фокуса си върху връзката между явленията в атомния мащаб и макроскопските свойства, минерални науки (както сега са общоизвестни) показват може би повече от припокриване с материалознанието, отколкото всяка друга дисциплина.

Физическа минералогия

Физическата минералогия е специфичният фокус върху физическите качества на минералите. Описание на физическите атрибути е най-простият начин за идентифициране, класифициране и категоризиране на минерали и те включват:6

  • кристална структура
  • кристален навик
  • побратимяване
  • разцепване
  • блясък
  • цвят
  • жилка
  • твърдост
  • специфична гравитация

Химическа минералогия

Химическата минералогия се фокусира върху химичния състав на минералите, за да ги идентифицира, класифицира и категоризира, както и начин за намиране на полезни ползи от тях. Има няколко минерала, които са класифицирани като цели елементи, включително сяра, мед, сребро и злато, но по-голямата част от минералите са съставени от химични съединения, някои по-сложни от други.25 По отношение на основните химични деления на минералите, повечето са разположени в изоморфните групи, които се основават на аналогичен химичен състав и подобни кристални форми. Добър пример за класификация на изоморфизма е калцитната група, съдържаща минералите калцит, магнезит, сидерит, родохрозит и smithsonite.26

Биоминералогията

Биоминералогията е кръстосано поле между минералогия, палеонтология и биология. Това е изследването на това как растенията и животните стабилизират минералите под биологичен контрол и последователността на заместване на минералите след отлагането им.27 Той използва техники от химическата минералогия, особено изотопни изследвания, за да определи такива неща като форми на растеж в живи растения и животни2829 както и неща като първоначалното съдържание на минерали в фосилите.30

Оптична минералогия

Оптичната минералогия е специфичен фокус на минералогията, който прилага източници на светлина като средство за идентифициране и класифициране на минералите. Всички минерали, които не са част от кубичната система, са двойно пречупващи, където обикновената светлина, преминаваща през тях, се разделя на две равнинно поляризирани лъчи, които се движат с различна скорост и се пречупват под различни ъгли. Минералните вещества, принадлежащи към кубичната система, съдържат само един индекс на пречупване.26 Шестоъгълните и тетрагоналните минерални вещества имат два индекса, докато орторомбичните, моноклинните и триклиничните вещества имат три индекса на пречупване.26 С непрозрачни рудни минерали е необходима отразена светлина от микроскоп за идентификация.26

Кристална структура

Основна статия: Кристалография

Използването на рентгенови лъчи за определяне на атомното разположение на минералите също е друг начин за идентифициране и класифициране на минерали. С минерали, съдържащи високо сложни състави, точната формула на състава на минерала може лесно да се разбере с познаване на неговата структура. Структурата на минерала също предлага точен начин за установяване на изоморфизъм.26 С кристалната структура може да се изведе и връзката между атомните позиции и специфичните физични свойства.26

Формиране и възникване

Ефектите, осигурени от променливи и катализатори, като налягане, температура и време, позволяват процеса на образуване на минерали. Този процес може да варира от прости процеси, открити в природата, до сложни формации, които отнемат години или дори векове. Произходът на определени минерали със сигурност е очевиден, като тези като каменна сол и гипс от изпаряване на морската вода. Различни възможни методи за формиране включват:31

  • сублимация от вулканични газове
  • отлагане от водни разтвори и хидротермални солев разтвор
  • кристализация от магмена или лава
  • прекристализация поради метаморфни процеси и метасоматизъм
  • кристализация по време на диагенезата на утайките
  • образуване чрез окисляване и изветряне на скали, изложени на атмосферата или почвената среда.

Употреби

Минералите са от съществено значение за различни нужди в човешкото общество, като минерали, използвани за подобряване на здравето и фитнес (като минерална вода или продавани в търговската мрежа витамини), основни компоненти на метални изделия, използвани в различни стоки и машини, основни компоненти за строителни материали като варовик, мрамор, гранит, чакъл, стъкло, мазилка, цимент, пластмаса и др.32 Минералите се използват и в торове за обогатяване на растежа на селскостопанските култури.

Описателна минералогия

Описателната минералогия обобщава резултатите от проучвания, проведени върху минерални вещества. Това е научният и научен метод за регистриране на идентифицирането, класификацията и категоризацията на минералите, техните свойства и тяхното използване. Класификациите за описателната минералогия следват като такива:

  • елементи
  • сулфиди
  • оксиди и хидроксиди
  • халогениди
  • нитрати, карбонати и борати
  • сулфати, хромати, молибдати и волфрамати
  • фосфати, арсенати и ванадати
  • силикати32

Определяща минералогия

Решаващата минералогия е действителният научен процес на идентифициране на минералите чрез събиране на данни и заключение. Когато се открият нови минерали, се следва стандартна процедура на научен анализ, включваща мерки за идентифициране на формулата на минерала, неговите кристалографски данни, оптичните му данни, както и общите физически характеристики, определени и изброени.

Вижте също

Бележки

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Джоузеф Нъдъм. 1,986. Наука и цивилизация в Китай: том 3. (Тайпе: Пещери Книги, ООД), 637.
  2. 2.0 2.1 Needham, том 3, 636.
  3. 3.0 3.1 Марк Шанс Банди и Жан А. Банди. 1955. Fossilium De Natura. (Ню Йорк: Издателство Джордж Банта), i (Напред).
  4. 4.0 4.1 Needham, том 3, 636-637.
  5. 5.0 5.1 5.2 Needham, том 3, 656.
  6. 6.0 6.1 Люис С. Рамсдел. 1963. Енциклопедия Американа: Международно издание: Том 19. (Ню Йорк: Americana Corporation), 164.
  7. 7.0 7.1 Needham, том 3, 646.
  8. 8.0 8.1 8.2 Needham, том 3, 649.
  9. ↑ Needham, том 3, 678.
  10. 10.0 10.1 Needham, том 3, 604
  11. ↑ Needham, том 3, 643.
  12. 12.0 12.1 Needham, том 3, 640.
  13. 13.0 13.1 Needham, том 3, 641.
  14. 14.0 14.1 Needham, том 3, 651.
  15. ↑ Needham, том 3, 638.
  16. ↑ Needham, том 3, 648.
  17. ↑ Needham, том 3, 650.
  18. 18.0 18.1 Needham, том 3, 645.
  19. ↑ Натан Сивин, III. 1995 година. Наука в Древен Китай. (Брукфийлд, Вермонт: VARIORUM, Ashgate Publishing.), 23.
  20. ↑ Сивин, III, 23-24.
  21. ↑ Needham, том 3, 618.
  22. 22.0 22.1 22.2 Needham, том 3, 614.
  23. ↑ Алън Кам-ленг Чан и Грегъри К. Кланси, Хуй-Чие Лой. 2002 година. Исторически перспективи за източноазиатската наука, технологии и медицина. (Сингапур: Singapore University Press), 15.
  24. ↑ Чан, 14.
  25. ↑ Ramsdell, 165.
  26. 26.0 26.1 26.2 26.3 26.4 26.5 Ramsdell, 166.
  27. ↑ G. Scurfield. (1979) "Вкаменелостта на дървесината: аспект на биоминералогията." Австралийски журнал за ботаника 27(4): 377-390
  28. ↑ M. R. Christoffersen, Balic-Zunic, T., Pehrson, S., Christoffersen, J. (2001) "Кинетика на растежа на колонен триклиничен калциев пирофосфат дихидратни кристали" Кристален растеж и дизайн 1(6): 463-466.
  29. ↑ R. Chandrajith, G. Wijewardana, C.B. Dissanayake, A. Abeygunasekara, (2006) „Биоминералогия на човешките пикочни калкули (камъни в бъбреците) от някои географски райони на Шри Ланка.“ Геохимия и здраве на околната среда 28(4): 393-399
  30. ↑ Heitz A. Lowenstam, (1954 г.) „Околна среда на модификационни състави на някои морски безгръбначни, секретиращи карбонати.“ Proceedings of the National Academy of Sciences (САЩ) 40(1): 39-48
  31. ↑ Ramsdell, 166-167.
  32. 32.0 32.1 Ramsdell, 167.

Препратки

  • Банди, Марк Шанс и Жан А. Банди. 1955. Fossilium De Natura. Ню Йорк: Издателство Джордж Банта.
  • Чан, Алън Кам-ленг и Грегъри К. Кланси, Хуй-Чие Лой. 2002 година. Исторически перспективи за източноазиатската наука, технологии и медицина. Сингапур: Сингапурски университетски печат ISBN 9971692597
  • Chandrajith, R., Wijewardana, G., Dissanayake, C.B., Abeygunasekara, A. (2006) "Биоминералогия на човешките пикочни калкули (камъни в бъбреците) от някои географски райони на Шри Ланка." Геохимия и здраве на околната среда 28(4): 393-399
  • Christoffersen, M.R., T. Balic-Zunic, S. Pehrson и J. Christoffersen. (2001) "Кинетика на растежа на колонен трикрилен калциев пирофосфат дихидрат на кристали." Кристален растеж и дизайн 1(6): 463-466
  • Needham, Джоузеф. 1,986. Наука и цивилизация в Китай: том 3. Тайпе: Пещери Книги, ООД
  • Lowenstam, Heitz A. (1954) "Околна среда на модификационни състави на някои морски безгръбначни, секретиращи карбонати." Сборник на Националната академия на науките (САЩ) 40 (1): 39-48
  • Ramsdell, Lewis S. 1963. Енциклопедия Американа: Международно издание: Том 19. Ню Йорк: Americana Corporation.
  • Scurfield, G. (1979) "Вкаменелостта на дървесината: аспект на биоминералогията." Австралийски журнал за ботаника 27(4): 377-390
  • Сивин, Натан. 1995 година. Наука в Древен Китай. Брукфийлд, Вермонт: VARIORUM, Ashgate Publishing.

Външни връзки

Всички връзки са изтеглени на 9 октомври 2018 г.

Pin
Send
Share
Send