一、晶体形成的主要方式
形成晶体的作用称为“结晶作用”,晶体的形成过程是由一种相转变为晶质固相的过程,其形成方式如下:
(1)由气相转变为晶体,如水蒸气可以凝结成雪花,火山喷发硫蒸气可转变为自然硫等。
(2)由液相转变为晶体,这在自然界比较普遍,如由岩浆熔体冷却析出的橄榄石、辉石、长石、石英等,由溶液形成的如盐湖中的石盐、石膏等。
(3)由非晶质固态物质转变为晶体,是一种熔融体因温度急速下降来不及结晶而形成的,如古代火山喷发所形成的火山玻璃转变成隐晶质或显微晶质体;还有一种胶体溶液形成的非晶质胶体宝石矿物如蛋白石,有的可转变为隐晶质玉髓或进一步转变为结晶质石英。
(4)由一种晶质相转变为另一种晶质相,受温度、压力、介质条件的影响在固体状态下使原晶粒变粗或成分改组为新矿物的作用,谓重结晶作用。如石灰岩受高温影响转变为大理岩、方解石的晶粒变粗变大,泥岩中的高岭石、蒙脱石等受高温高压影响转变为红柱石、蓝晶石、石榴石等。
二、晶体的发生与形成
当溶液中的溶质达到过饱和或温度压力降低时,会自发地形成极微小的晶芽(或称晶核),以此晶芽为基础逐渐长大成为晶体,如果随温度压力降低得特别快,则产生的晶芽数目很多就会形成细小的晶体;反之温度压力下降得慢,则产生晶芽的数目少,而结晶时间长就会形成较大的结晶体。这就是为什么岩浆在地表深处冷凝结晶,由于温度降低得慢而易于形成粗颗粒,岩浆在浅处结晶冷凝得较快而易形成细小颗粒的原因。如果岩浆要喷出地表,则温度、压力降低过快而易形成细小的显微隐晶质,如果冷却得再快甚至晶芽都来不及形成就已经凝固,则易形成非晶质的火山玻璃、黑曜岩之类。
另外一种情况是外来物质为晶芽,如碎屑、气泡之类。例如水晶最初的晶芽有时就为小石英颗粒,石盐的结晶中心可以是气泡,人工培养晶体时最初放入的晶芽也往往是同种成分的小晶粒(称籽晶)使之成长为大晶体。
三、晶体的成长过程
晶体的成长是熔体或溶液中的质点按照格子构造的规律不断向晶芽上堆积的过程。所以在晶体断面上可以看到的晶体是呈平行的环带状向外生长长大,有的还可以看到在晶体成长期间,由于环境、介质的细微差异,而使成长部分在颜色、包体上的细微差别,这些可以表现在成为环带状构造上,如图2-4-1所示。
图2-4-1 石英晶体的环带构造
这一现象反映了晶体生长时晶面是平行向外推移的。
由于晶体在自然生长中晶面平行向外推移,反映其推移过程的是晶体生长纹,又由于平行向外推移,所以生长纹是平行的直线。在人工培养的晶体生长时,生长纹是弯曲或紊乱的曲线。这是鉴别天然宝石和人工合成宝石的重要依据。
四、影响晶体生长的外部因素
晶体形态由晶体的成分和构造所决定,这是内因。但是内因要通过外因(温度、杂质等)才能体现,所以外因仍然是重要的。外因主要有以下几方面。(www.xing528.com)
1.温度
在不同温度下,不同晶面的生长速度不同,因此影响晶体形态,如方解石在高温下生长成扁平状,低温下则成柱状;又如晶体生长时会随温度的变化呈现不同的形态,温度下降快则多成细小晶粒或针状,温度下降慢则易生长成比较粗大的晶体。
2.杂质
溶液中有杂质存在可以改变不同晶面的相对生长速度而影响晶体形态。例如在纯净水中石盐生长成立方体,而在有硼酸存在的溶液中则生长成立方体与八面体的聚形。
3.涡流
在晶体生长时,晶体周围溶液中的溶质向晶体上粘附,溶液密度减小而上升,附近的重溶液补充进来而形成涡流。涡流携带溶质主要附着于易沉淀的方向,如晶体下部易得到溶质,而在旁侧部分则得不到溶质,因而形态有异。
4.黏度
黏度大影响涡流,生长着的晶体棱角部分易接受溶质,故生长得较快而易形成不完整的晶体或骸晶。
5.生长空间
先结晶的往往有较大的自由空间而易形成自形;后结晶的则受空间限制而易形成不完整的半自形或他形,甚至只充填于仅有的孔隙中。其他外部因素还可能有很多,如压力等皆对晶体生长有所影响。
五、晶体的面角守恒
不同宝石矿物晶体的形态不同,相同宝石矿物其晶体的形态也可以有大小形状的差别,如图2-4-2所示。不论晶形如何不同,其对应晶面的夹角是恒等的。如图2-4-2中石英晶体的m∧m′=120°,m∧r=141°47′,r∧z=133°44′等。这是因为同种宝石矿物晶体其成分和结构是相同的,其对应面的面网和对应面的夹角就自然是固定的。晶体生长时晶面平行向外推移,因而其晶面之间的夹角也必然恒等。
图2-4-2 不同形状及大小的石英晶体
面角是指相邻两晶面法线之间的夹角,这一定律的内容具体说法应该是:在相同条件下,成分和结构相同的所有晶体其对应晶面的面角恒等。
这一定律的发现不仅为晶体内部结构的探索给予了很大的启发,而且还可以利用晶体面角的测量数据对晶体进行鉴定。
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