诗意矿物学5——石英：游记

2024-05-11国风

系列前言：研究地质的前辈常把矿物比作解读地球的文字，笔者也常常思索每种矿物究竟意味着何种文体。它们应该并非全是严肃的科学论文，应该也有贴近我们日常生活以及浪漫主义的一面。本系列科普希望以文艺/趣闻为载体向大家介绍多种常见矿物，建立起矿物和生活、科学和诗意的联系。

诗意矿物学5——

石英：游记

「是的，我会踏着浪花归来。

也许死亡会将我隐藏，

沉默会把我覆盖，

但我将再次追寻你们的理解，

我的追寻不会徒劳无益。

（【先知】纪伯伦）」

——题记

如果要评选一种地表最常见的矿物，石英（SiO2）一定是名副其实的头名——它存在于海浪拍打的沙滩、晶簇、土壤（图2）、首饰……它既可以奉献自己，组成花岗岩成就喜马拉雅的山巅；又能委曲求全，被生物改造沉淀在马里亚纳的沟底。若要把矿物拟人化，辗转在崇山峻岭、江河湖海里的石英一定是矿物里的「地质学家」了。它会像众多热爱探索的地学工作者一样，发发推送、写写游记，记录自己难忘的旅程吗？

图1 砂质沙滩

图2 砂质土壤

灼热的故乡

城市里的最常见的石英可能是花岗岩建材中的半透明颗粒（图3）以及水晶（干净美观的石英晶簇）制成的精致饰品。这些石英把故乡的面貌印刻在了自己的化学成分中：由于组成石英的元素只有硅和氧，它的产生通常只能在岩浆经历了分异演化而达到硅饱和之后。因此我们很难在地外小天体的陨石中找到大颗粒石英的痕迹，只有像地球这般活跃的行星才可能通过广泛和持续的岩浆作用形成厘米尺度以上的石英。在此基础上，又只有局限的温度和压力条件能使石英充分的成长，出落得干净漂亮，达到宝石的品质（图4）。

图3 花岗岩建材，半透明有油脂感的矿物为石英

图4 宝石级紫水晶晶簇

细心的石英不会把对故乡的描写一笔带过，更多的信息被它整理收纳，小心翼翼的藏在了自己的微量元素含量中。科学家通过测定石英中的钛含量结合多种晶体学参数，能推导出石英从岩浆结晶时对应的温度。规则生长的石英还会留下树木年轮一样的环带（图5），我们借助电子显微镜便能翻开石英的一页页游记，畅想石英的故乡。

图5 树木的年轮和石英在电子显微镜下的环带

多变的冒险

工业用的石英原料多是经历了变质作用形成的石英岩（图6）。它们在地质冒险中或是被压力挤扁变形、或是与熔体反应变质、或是同流体交代改造，多变的地质作用重置了它们的属性。冒险的旅程需要妥协，高压会使石英的晶形发生转变，在显微镜下发生断裂膝折或是重新定向（图7）；流体的加入甚至会让石英溶解，漂泊到新的位置重新结晶。

图6 石英岩，石英含量＞90%

图7 显微镜下的石英片岩，

石英（图中呈黑、白、灰色）呈定向排列

在外貌变化之外，石英的「心声」则更详实的诉说着旅行的故事——石英的晶格缺陷可能会容纳一些外来的物质，形成包裹体，直接记录下「旅程中的缺憾」（图8）。地质科研工作者通过测试分析石英中包裹体的形态、化学成分以及同位素特征，便能反演出它曾经历的历史，窥见成矿作用的地质秘密。

图8 油胆包裹体水晶（上），显微镜下石英的包裹体（下）

冒险的旅程还会伴随着同伴的加入，云母格外喜欢和石英并行，形成各种类型的变质岩。相得益彰的同伴关系兴许会使石英再一次熠熠生辉，如最近爆火的「砂金石」（又称「东陵玉」）便是由于石英掺杂铬云母和其他微小矿物让其带有了颜色和特殊的光学效应（图9）。而反之，同伴间「被迫妥协」的连接结合则会导致变质后的云母石英片岩等岩石格外易裂（图10）。

图9 绿色砂金石，常作为翡翠的替代品

图10 易呈板片状断裂的含石英片岩

圆满的重逢

「再坚固的岩石也经不起流水的反复冲刷」，石英组成的岩石也会在流水狂风等自然力的作用下风化崩解，被运移到远方流浪。然而在运移的过程中，不稳定的矿物会先淘汰，重的矿物会先沉降，又由于石英是地表条件下最稳定的矿物之一，密度也相对较小，所以随着搬运的距离加长，石英在物料中的占比会不断提升。在流水搬运的条件下，矿物的棱角还会被磨得越来越圆，粒度变得越来越细。这也使得许多河流的下游，成了玛瑙（与石英化学成分相同，但结构不同）等硅质宝玉石的产地（图11）。

图11 玛瑙

而倘若被搬运后的矿物最后沉积在了江/河/湖/海底，在漫长的地质时间中被压实、反应，再次形成了岩石。它们经历的传奇旅程并不会凭空消失，因为石英的形状、大小、含量已经为这段历史撰写了传记。沉积学工作者正是对这些岩石进行研究测试，通过对矿物关系、成分、年龄等关键信息的分析，阅读岩石的游记，推测它们的地质旅程。兴许曾经棱角分明的两簇水晶，被水流冲刷破碎，最后又在浪花和洋流的见证下重逢，胶结成一块新的岩石（图12）。