石头侃贵州｜石头经过特殊“排列”，也能开出美丽的花

说美玉奇石话物华天宝

侃黔山贵水析鬼斧神工

水晶晶簇

石膏晶簇

辉锑矿晶簇

上面图片里的石头漂亮吧！它们都是矿物晶体，是石友们追捧的对象，特别是国外的石友最为喜爱。

矿物晶体为什么会这样漂亮呢？

固体矿物有三种形态：无定形态、结晶态和准结晶态。无定形态，也称为非结晶态，就是没有规则的自然形体，例如煤炭、琥珀、沥青、玻璃。结晶态的矿物则具有规则的自然外形，像上面图中的水晶就呈笔直的六方柱体，石膏呈纤维状的集合体还会弯曲，辉锑矿则呈笔直的四方柱形集合体。准结晶态，介于非结晶态与结晶态之间的一种状态，例如我们曾经介绍过的名贵宝石欧泊，其中的二氧化硅就有呈准结晶状态的。

固体矿物绝大部分呈现的是结晶状态。我们常见的各种岩石，都是由一种或多种矿物构成的。用肉眼观察大多看不清这些矿物的晶体，但在显微镜下观察，构成岩石的绝大部分矿物都是呈现结晶状态的。

像上面图片中这样大小的晶体，只能“生长”在晶洞中。晶洞是一种岩石里的孔洞，渗入其中的地下水中溶解有矿物质，矿物质从水中析出在洞壁上结晶而形成晶体。密集“生长”的晶体称为晶簇，上面三张照片展示的都是晶簇。

为什么固体矿物会具有非结晶、结晶、准结晶三种状态呢？

这与固体物质的微观结构有关。我们知道，固体物质是由原子、分子、离子等化学微粒构成的。如果构成固体物质的化学微粒作散乱聚集，这种固体物质为非结晶态；如果化学微粒成有规律的排列则为结晶态，形成具有规则形状的晶体；如果仅开始有所结晶而未形成明显规则形状的晶体，则为准结晶态。用战士出操来打一个不太贴切的比方：当战士们来到操场尚未列队散乱站立时相当于“非结晶态”，战士们列队完毕时相当于“结晶态”，开始列队而尚未列队完毕时相当于“准结晶态”。不过，战士列队是在操场的平面即二维空间上进行，而化学微粒的“列队”是在立体的三维空间中进行；战士列队需要进行操练并按指挥官的指令进行，而化学微粒是因其相互间具有作用力而“自发”地的进行规则的排列；战士根据指令可排成纵队、横队、方阵、菱形阵、三角形阵等多种阵形，化学微粒则由于其内部结构与相互间作用力及所处的压力、温度等外部条件的不同而“自发”地作出不同的排列，且“阵形”的花样要多得多。

不同化学成分的固体矿物形成的结晶具有不同的形态和力学、光学、电磁学等物理性质。

在力学方面，最突出的是不同的矿物晶体具有不同的硬度。例如：金刚石即钻石具有无可比拟的硬度，可以刻画任何物体；石膏就软得多，用手指甲就掐得动。矿物学家据此发明了摩氏硬度计，挑选出10种矿物分别表示1度到10度的硬度，它们依次为1滑石、2石膏、3方解石、4萤石、5磷灰石、6正长石、7石英、8黄玉、9刚玉、10金刚石。摩氏硬度计的使用方法很简单，就是“刻画”，用摩氏硬度计中的矿物去刻画要鉴定的对象，如果刻得出划痕，证明该矿物比鉴定对象硬，可换硬度低一些的矿物再刻画……直到刻不出划痕，这时就可以确定鉴定对象比最后一次刻画所用矿物硬，而比倒数第二次刻画所用矿物软。例如我们常见的玻璃，用石英刻得动，而用正长石刻不动，证明玻璃的硬度在6与7之间。如果不是特殊需要，人们平时是不会随身携带摩氏硬度计的，但有两样常用的“工具”可帮助大致确定物体的硬度，一个是手指甲，另一个是小刀。手指甲的硬度大致为2.5，刀刃上钢的硬度大致为5.5，可以用他们来刻画物体以大致了解物体的硬度。

在力学方面，矿物晶体还有一个有趣的现象——有的矿物晶体具有解理，即矿物容易沿着它被解离开来的某些面。例如方解石，我们轻轻敲击使其破碎，方解石总是沿着三组斜交的面解离成较小的斜方块，人们因此将其命名为方解石，这三组面就是方解石的解理。再如云母，有一组平行的解理，我们可以沿着这组解理一层层地将云母像纸张一样撕开。

方解石晶体及其解理

云母及其解理

矿物晶体的光学性质更是丰富多彩，体现在透明、色彩、光泽、折光率等诸多方面。透明方面，有无色透明、彩色透明、半透明、不透明之分；色彩方面有无色、白色、黑色、红色、绿色、蓝色、紫色等等，数不胜数；光泽方面有金属光泽、金刚光泽、珍珠光泽、油脂光泽、玻璃光泽等等；折光率更是各不相同，不同的矿物晶体具有不同的折光率，因而成为显微镜下鉴定矿物的重要参数。

有的矿物晶体可以导电，例如石墨；有的矿物晶体是绝缘体，例如水晶；有的矿物晶体是半导体，例如黄铁矿；有的矿物晶体具有磁性，例如磁铁矿。当然，各种矿物晶体还有各自不同的密度。

地质工作者就是根据矿物晶体的形态、硬度、透明度、色彩、光泽、折光率（显微镜下观察）、电性、磁性、密度等特征分辨不同的矿物的。例如：石英具有六方柱状晶体、很大的硬度（小刀刻不动）、无色透明或彩色透明（被杂质染色）、玻璃光泽等特征，可以根据这些特征得出鉴定结果；方解石一般为无色透明或白色半透明，含有杂质的可以形成其他色调，硬度较小（用小刀刻得动），最突出的特征是敲碎后呈斜方块状；黄铁矿晶体呈立方体形状，金黄色，金属光泽，看起来很像黄金或黄铜，故在西方被称为愚人金，在中药里面名为自然铜；辉锑矿晶体呈带有纵向条纹的柱状或针状，灰色，金属光泽……

黄铁矿晶体（黄铁矿是生产硫磺的主要原料，也称为硫铁矿）

辉锑矿是冶炼金属锑的主要矿物。贵州省是锑矿资源大省，居全国第四位，截至2019年底保有资源储量38.06万吨。

化学成分相同的物质，由于结晶时的温度、压力等条件不同，会形成不同的矿物晶体。最典型的例子是，煤炭、石墨和金刚石，三者的主要成分都是碳，但石墨极软而金刚石极硬，石墨和煤炭呈黑色而金刚石无色透明，石墨导电而金刚石和煤炭不导电。造成这种差别的原因就是构成这三种矿物的碳原子排列方式不同：煤炭中的碳原子呈散乱排列而形成非晶态；石墨晶体中的碳原子呈层状排列而使层间结合力很弱，容易进行层间滑动而呈现滑软的力学特性；金刚石中的碳原子呈等轴四面体的空间架构排列，这种架构十分稳定牢固，从而使金刚石具有极大的硬度。

温度、压力等外部条件可促成晶体结构的变化。例如：在高温下，散乱排列的碳原子会转而作层状排列，从而使非晶态的煤炭转化为石墨；在高温高压下，碳原子会排列成等轴四面体的稳定结构，从而使煤炭、石墨或炭黑转化为金刚石。基于上述原理，人们将碳黑、石墨和炸药一起装入十分牢固的密闭容器中而后引爆炸药，利用爆炸产生的高温高压使碳黑或石墨转化成金刚石。不过，用这种方法生产的金刚石颗粒很小，呈沙粒状，只能作磨料用。

作者有幸考察了一个石膏晶洞。这个石膏晶洞本来是溶洞，因地壳抬升而变成了旱溶洞。从岩石中渗入溶洞的地下水中溶解有较多的石膏，石膏从水中析出后在洞的顶板、两壁、地面上结成美丽的晶体，有的像花朵，有的像细针，有的像螺旋，有的像丝絮。这里展示几张照片和一小段视频，与读者分享。