Минералогия и изучение минерализованных артефактов

Введение

Научное изучение минералов и минерализованных артефактов.

Минералогияrefn|Обычно произносится как /mɪnəˈrɒlədʒi/ из-за распространенного фонологического процесса предвосхищающей ассимиляции, особенно в североамериканском, но также и в британском английском. Тем не менее, даже современные описательные словари Великобритании часто фиксируют только произношение по написанию /mɪnəˈrælədʒi/, иногда даже при том, что в их звуковом файле представлено ассимилированное произношение, как в случае со Словарем Коллинза. Ранние труды по минералогии, особенно о драгоценных камнях, исходят из древней Вавилонии, древнегреко-римского мира, древнего и средневекового Китая, а также из санскритских текстов древней Индии и древнего исламского мира. Книги по этой теме включали «Естественную историю» Плиния Старшего, в которой описывались многие различные минералы и объяснялись многие их свойства, и «Китаб аль-Джавахир» (Книга драгоценных камней) персидского ученого Аль-Бируни. Немецкий ученый эпохи Возрождения Георгий Агрикола написал такие работы, как «De re metallica» (О металлах, 1556) и «De Natura Fossilium» (О природе ископаемых, 1546), которые положили начало научному подходу к этой области. Систематические научные исследования минералов и горных пород развивались в Европе после эпохи Возрождения. Рене Жюст Гаюи, «отец современной кристаллографии», показал, что кристаллы периодичны и установил, что ориентация граней кристаллов может быть выражена рациональными числами, как это было позже закодировано в индексах Миллера. Уильям Николь разработал николевскую призму, которая поляризует свет, в 1827–1828 годах, изучая окаменелую древесину; Генри Клифтон Сорби показал, что тонкие срезы минералов можно идентифицировать по их оптическим свойствам с помощью поляризационного микроскопа. Твердость определяется путем сравнения с другими минералами. В шкале Мооса стандартный набор минералов пронумерован в порядке возрастания твердости от 1 (тальк) до 10 (алмаз). Более твердый минерал поцарапает более мягкий, поэтому неизвестный минерал можно определить по шкале, по тому, какие минералы он царапает, а какие царапают его. У некоторых минералов, таких как кальцит и кианит, твердость значительно зависит от направления. Его химическая формула (Mg,Fe)SiO3; красные сферы – кислород, синие сферы – кремний, а зеленые сферы – магний или железо.]] Кристаллическая структура – это расположение атомов в кристалле. Она представлена решеткой точек, которая повторяет основной узор, называемый элементарной ячейкой, в трех измерениях. Решетка характеризуется своей симметрией и размерами элементарной ячейки. Эти размеры представлены тремя индексами Миллера. Решетка остается неизменной при определенных операциях симметрии относительно любой точки в решетке: отражении, вращении, инверсии и вращательной инверсии, которая является комбинацией вращения и отражения. Вместе они образуют математический объект, называемый кристаллографической точечной группой или кристаллическим классом. Существует 32 возможных кристаллических класса. Кроме того, существуют операции, которые смещают все точки: трансляция, винтовая ось и плоскость скольжения. В сочетании с точечной симметрией они образуют 230 возможных пространственных групп. Рентгеноструктурный анализ порошка может различать минералы, которые могут выглядеть одинаково в образце, например кварц и его полиморфы тридимит и кристобалит.

Mineralogyrefn|Commonly pronounced ,/m//ɪ//n//ə/'/r//ɒ//l//ə//dʒ//i/ due to the common phonological process of anticipatory assimilation, especially in North American but also in UK English. Nevertheless, even modern descriptive UK dictionaries tend to record only the spelling pronunciation ,/m//ɪ//n//ə/'/r//æ//l//ə//dʒ//i/, sometimes even while their sound file instead has the assimilated pronunciation, as in the case of the Collins Dictionary.]] Early writing on mineralogy, especially on gemstones, comes from ancient Babylonia, the ancient Greco Roman world, ancient and medieval China, and Sanskrit texts from ancient India and the ancient Islamic world. Books on the subject included the Natural History of Pliny the Elder, which not only described many different minerals but also explained many of their properties, and Kitab al Jawahir (Book of Precious Stones) by Persian scientist Al Biruni. The German Renaissance specialist Georgius Agricola wrote works such as De re metallica (On Metals, 1556) and De Natura Fossilium (On the Nature of Rocks, 1546) which began the scientific approach to the subject. Systematic scientific studies of minerals and rocks developed in post Renaissance Europe. René Just Haüy, the "father of modern crystallography", showed that crystals are periodic and established that the orientations of crystal faces can be expressed in terms of rational numbers, as later encoded in the Miller indices. William Nicol developed the Nicol prism, which polarizes light, in 1827–1828 while studying fossilized wood; Henry Clifton Sorby showed that thin sections of minerals could be identified by their optical properties using a polarizing microscope. Hardness is determined by comparison with other minerals. In the Mohs scale, a standard set of minerals are numbered in order of increasing hardness from 1 (talc) to 10 (diamond). A harder mineral will scratch a softer, so an unknown mineral can be placed in this scale, by which minerals; it scratches and which scratch it. A few minerals such as calcite and kyanite have a hardness that depends significantly on direction. Its chemical formula is (Mg,Fe)SiO3; the red spheres are oxygen, the blue spheres silicon and the green spheres magnesium or iron.]] The crystal structure is the arrangement of atoms in a crystal. It is represented by a lattice of points which repeats a basic pattern, called a unit cell, in three dimensions. The lattice can be characterized by its symmetries and by the dimensions of the unit cell. These dimensions are represented by three Miller indices. The lattice remains unchanged by certain symmetry operations about any given point in the lattice: reflection, rotation, inversion, and rotary inversion, a combination of rotation and reflection. Together, they make up a mathematical object called a crystallographic point group or crystal class. There are 32 possible crystal classes. In addition, there are operations that displace all the points: translation, screw axis, and glide plane. In combination with the point symmetries, they form 230 possible space groups. Powder diffraction can distinguish between minerals that may appear the same in a hand sample, for example quartz and its polymorphs tridymite and cristobalite.

Химические элементы

Некоторые минералы являются химическими элементами, включая серу, медь, серебро и золото, но подавляющее большинство – это соединения. Классическим методом определения состава является влажный химический анализ, который включает растворение минерала в кислоте, такой как соляная кислота (HCl). Затем элементы в растворе идентифицируются с помощью колориметрии, объемного анализа или гравиметрического анализа. Существует более 6000 названных и неназванных минералов, и около 100 открывается каждый год. В «Руководстве по минералогии» минералы классифицируются следующим образом: самородные элементы, сульфиды, сульфосалы, оксиды и гидроксиды, галогениды, карбонаты, нитраты и бораты, сульфаты, хроматы, молибдаты и вольфраматы, фосфаты, арсенаты и ванадаты, и силикаты. В нём используются методы химической минералогии, особенно изотопные исследования, для определения таких характеристик, как формы роста в живых растениях и животных, а также исходное минеральное содержание окаменелостей. Новый подход к минералогии, называемый минеральной эволюцией, изучает совместную эволюцию геосферы и биосферы, включая роль минералов в происхождении жизни и процессы, такие как минерально-каталитический органический синтез и селективная адсорбция органических молекул на поверхности минералов.

Минеральная экология

В 2011 году несколько исследователей начали разрабатывать базу данных минеральной эволюции. Эта база данных объединяет ресурс Mindat.org, содержащий более 690 000 пар «минерал – местонахождение», с официальным списком утвержденных минералов IMA и данными об их возрасте из геологических публикаций. Эта база данных позволяет применять статистические методы для решения новых задач, подход, получивший название минеральной экологии. Один из таких вопросов заключается в том, насколько минеральная эволюция детерминирована, а насколько является результатом случайности. Некоторые факторы носят детерминированный характер, например, химическая природа минерала и условия его стабильности; однако минералогия также может зависеть от процессов, определяющих состав планеты. В статье 2015 года Роберт Хейзен и другие проанализировали количество минералов, содержащих каждый элемент, в зависимости от распространенности этого элемента. Они обнаружили, что для Земли, с более чем 4800 известных минералов и 72 элементами, существует степенная зависимость. Луна, содержащая всего 63 минерала и 24 элемента (на основе значительно меньшей выборки), демонстрирует по сути ту же зависимость. Это позволяет предположить, что, зная химический состав планеты, можно предсказать наиболее распространенные минералы. Однако распределение имеет длинный хвост: 34% минералов были обнаружены только в одном или двух местонахождениях. Модель предсказывает, что тысячи новых минеральных видов могут быть еще не открыты или образовались в прошлом, но были утеряны в результате эрозии, захоронения или других процессов. Это указывает на роль случайности в образовании редких минералов. В другом применении больших данных теория сетей была применена к набору данных по углеродным минералам, что позволило выявить новые закономерности в их разнообразии и распределении. Анализ позволяет определить, какие минералы склонны к совместному существованию, и какие условия (геологические, физические, химические и биологические) с ними связаны. Эта информация может быть использована для прогнозирования мест поиска новых месторождений и даже новых минеральных видов.

Применение

Минералы необходимы для удовлетворения различных потребностей человеческого общества, например, в качестве руд для получения основных компонентов металлических изделий, используемых в производстве различных товаров и машин, а также в качестве основных компонентов строительных материалов, таких как известняк, мрамор, гранит, гравий, стекло, гипс, цемент и другие. Минералы также применяются в удобрениях для повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Сбор

Коллекционирование минералов — это также познавательное хобби, сочетающее в себе отдых и изучение, с клубами и обществами, представляющими эту область. Популярные коллекции образцов минералов на постоянной экспозиции представлены в таких музеях, как Смитсоновский национальный музей естественной истории (зал геологии, драгоценных камней и минералов), Музей естественной истории округа Лос-Анджелес, Музей естественной истории Карнеги, Музей естественной истории в Лондоне и частный музей минералов Мима в Бейруте, Ливан.