詩意礦物學(xué)5——石英：游記

系列前言：研究地質(zhì)的前輩常把礦物比作解讀地球的文字，筆者也常常思索每種礦物究竟意味著何種文體。它們應(yīng)該并非全是嚴(yán)肅的科學(xué)論文，應(yīng)該也有貼近我們?nèi)粘Ｉ钜约袄寺髁x的一面。本系列科普希望以文藝/趣聞為載體向大家介紹多種常見礦物，建立起礦物和生活、科學(xué)和詩意的聯(lián)系。

詩意礦物學(xué)5——

石英：游記

quartz

“是的，我會踏著浪花歸來。

也許死亡會將我隱藏，

沉默會把我覆蓋，

但我將再次追尋你們的理解，

我的追尋不會徒勞無益。

（《先知》紀(jì)伯倫）”

——題記

如果要評選一種地表最常見的礦物，石英（SiO2）一定是名副其實的頭名——它存在于海浪拍打的沙灘、晶簇、土壤（圖2）、首飾……它既可以奉獻(xiàn)自己，組成花崗巖成就喜馬拉雅的山巔；又能委曲求全，被生物改造沉淀在馬里亞納的溝底。若要把礦物擬人化，輾轉(zhuǎn)在崇山峻嶺、江河湖海里的石英一定是礦物里的“地質(zhì)學(xué)家”了。它會像眾多熱愛探索的地學(xué)工作者一樣，發(fā)發(fā)推送、寫寫游記，記錄自己難忘的旅程嗎？

圖1 砂質(zhì)沙灘

圖2 砂質(zhì)土壤

灼熱的故鄉(xiāng)

城市里的最常見的石英可能是花崗巖建材中的半透明顆粒（圖3）以及水晶（干凈美觀的石英晶簇）制成的精致飾品。這些石英把故鄉(xiāng)的面貌印刻在了自己的化學(xué)成分中：由于組成石英的元素只有硅和氧，它的產(chǎn)生通常只能在巖漿經(jīng)歷了分異演化而達(dá)到硅飽和之后。因此我們很難在地外小天體的隕石中找到大顆粒石英的痕跡，只有像地球這般活躍的行星才可能通過廣泛和持續(xù)的巖漿作用形成厘米尺度以上的石英。在此基礎(chǔ)上，又只有局限的溫度和壓力條件能使石英充分的成長，出落得干凈漂亮，達(dá)到寶石的品質(zhì)（圖4）。

圖3 花崗巖建材，半透明有油脂感的礦物為石英

圖4 寶石級紫水晶晶簇

細(xì)心的石英不會把對故鄉(xiāng)的描寫一筆帶過，更多的信息被它整理收納，小心翼翼的藏在了自己的微量元素含量中。科學(xué)家通過測定石英中的鈦含量結(jié)合多種晶體學(xué)參數(shù)，能推導(dǎo)出石英從巖漿結(jié)晶時對應(yīng)的溫度。規(guī)則生長的石英還會留下樹木年輪一樣的環(huán)帶（圖5），我們借助電子顯微鏡便能翻開石英的一頁頁游記，暢想石英的故鄉(xiāng)。

圖5 樹木的年輪和石英在電子顯微鏡下的環(huán)帶

多變的冒險

工業(yè)用的石英原料多是經(jīng)歷了變質(zhì)作用形成的石英巖（圖6）。它們在地質(zhì)冒險中或是被壓力擠扁變形、或是與熔體反應(yīng)變質(zhì)、或是同流體交代改造，多變的地質(zhì)作用重置了它們的屬性。冒險的旅程需要妥協(xié)，高壓會使石英的晶形發(fā)生轉(zhuǎn)變，在顯微鏡下發(fā)生斷裂膝折或是重新定向（圖7）；流體的加入甚至?xí)屖⑷芙猓吹叫碌奈恢弥匦陆Y(jié)晶。

圖6 石英巖，石英含量＞90%

圖7 顯微鏡下的石英片巖，

石英（圖中呈黑、白、灰色）呈定向排列

在外貌變化之外，石英的“心聲”則更詳實的訴說著旅行的故事——石英的晶格缺陷可能會容納一些外來的物質(zhì)，形成包裹體，直接記錄下“旅程中的缺憾”（圖8）。地質(zhì)科研工作者通過測試分析石英中包裹體的形態(tài)、化學(xué)成分以及同位素特征，便能反演出它曾經(jīng)歷的歷史，窺見成礦作用的地質(zhì)秘密。

圖8 油膽包裹體水晶（上），顯微鏡下石英的包裹體（下）

冒險的旅程還會伴隨著同伴的加入，云母格外喜歡和石英并行，形成各種類型的變質(zhì)巖。相得益彰的同伴關(guān)系興許會使石英再一次熠熠生輝，如最近爆火的“砂金石”（又稱“東陵玉”）便是由于石英摻雜鉻云母和其他微小礦物讓其帶有了顏色和特殊的光學(xué)效應(yīng)（圖9）。而反之，同伴間“被迫妥協(xié)”的連接結(jié)合則會導(dǎo)致變質(zhì)后的云母石英片巖等巖石格外易裂（圖10）。

圖9 綠色砂金石，常作為翡翠的替代品

圖10 易呈板片狀斷裂的含石英片巖

圓滿的重逢

“再堅固的巖石也經(jīng)不起流水的反復(fù)沖刷”，石英組成的巖石也會在流水狂風(fēng)等自然力的作用下風(fēng)化崩解，被運移到遠(yuǎn)方流浪。然而在運移的過程中，不穩(wěn)定的礦物會先淘汰，重的礦物會先沉降，又由于石英是地表條件下最穩(wěn)定的礦物之一，密度也相對較小，所以隨著搬運的距離加長，石英在物料中的占比會不斷提升。在流水搬運的條件下，礦物的棱角還會被磨得越來越圓，粒度變得越來越細(xì)。這也使得許多河流的下游，成了瑪瑙（與石英化學(xué)成分相同，但結(jié)構(gòu)不同）等硅質(zhì)寶玉石的產(chǎn)地（圖11）。

圖11 瑪瑙

而倘若被搬運后的礦物最后沉積在了江/河/湖/海底，在漫長的地質(zhì)時間中被壓實、反應(yīng)，再次形成了巖石。它們經(jīng)歷的傳奇旅程并不會憑空消失，因為石英的形狀、大小、含量已經(jīng)為這段歷史撰寫了傳記。沉積學(xué)工作者正是對這些巖石進行研究測試，通過對礦物關(guān)系、成分、年齡等關(guān)鍵信息的分析，閱讀巖石的游記，推測它們的地質(zhì)旅程。興許曾經(jīng)棱角分明的兩簇水晶，被水流沖刷破碎，最后又在浪花和洋流的見證下重逢，膠結(jié)成一塊新的巖石（圖12）。

圖12 石英砂巖手標(biāo)本（上）和顯微鏡照片（下），

圖中顆粒>90%均為石英

當(dāng)然，這塊巖石還會經(jīng)歷新的分崩離析，新的折磨和流浪。但是旅程的樂趣就在于旅程本身——

“我不能再久留了。

雖然夜里的歸思炙熱似火，

可再呆下去卻要凝固成巖。

我多么希望能夠帶走這里的一切，

又有何辦法？

如同鷹不能帶著巢，

只能獨自飛過艷陽。

（《先知》紀(jì)伯倫）”

這又何嘗不是地質(zhì)學(xué)的樂趣呢？

美編：韓雅彤

校對：劉淇郡 李玉鈐