矿物的形成方式和条件

1.1.3.1 矿物的形成方式

矿物是自然界中各种地质作用的产物。自然界的地质作用根据作用的性质和能量来源分为内生作用、外生作用和变质作用三种。内生作用的能量源自地球内部,如火山作用、岩浆作用。外生作用为太阳能、水、大气和生物所产生的作用(包括风化、沉积作用)。变质作用是指已形成的矿物在一定的温度、压力下发生改变的作用,如热液作用、接触变质作用、区域变质作用等。不同地质作用形成的矿物大多数以固态的形式出现,其形成的方式主要是结晶作用,少数是胶体凝聚作用。

1.结晶作用

结晶作用是指物质在一定的物理化学条件下(温度、压力、组分浓度)转变为结晶质的作用,即形成晶体的作用。依据矿物形成时不同的地质作用类型,将矿物形成的结晶方式总结为三个方面,即气态变为固态、液态变为固态、固态变为固态。

(1)气态变为固态。岩浆作用或者火山作用喷出岩浆,岩浆中的某些气体在温度骤降或与空气中的O2、CO2发生反应形成固体矿物的过程。如火山喷出硫蒸汽或H2S气体,前者因温度骤降可直接升华成自然硫,硫化氢气体可与大气中的O2发生化学反应形成自然硫。我国台湾大屯火山群和龟山岛就有这种方式形成的自然硫。

(2)液态变为固态。液态转变为固态是矿物形成的主要方式,一般包含从溶液中蒸发结晶和从熔体中结晶两种方式。如我国青海柴达木盆地,一方面,由于盐湖水长期蒸发,使盐湖水不断浓缩而达到饱和,从中结晶出石盐等许多盐类矿物,就是溶液结晶形式。如组成岩浆岩的各种矿物都是由岩浆岩熔体在冷凝过程中结晶而成的,也是溶液结晶形式。另一方面,由于地壳下面的岩浆熔体是一种成分极其复杂的高温硅酸盐熔融体(其状态像炼钢炉中的钢水),在岩浆上升过程中其温度不断降低,当温度低于某种矿物的熔点时就结晶形成熔体结构矿物。也就是说,只有当熔体冷却时才会结晶出矿物颗粒。岩浆中所有的组分,随着温度下降不断结晶形成一系列的矿物,一般熔点高的先结晶成矿物。

(3)固态变为固态。矿物由固态转变为固态主要表现为矿物中的非晶质体转变为晶质体。火山喷发出的熔岩流迅速冷却,来不及形成结晶态的矿物,经过长时间后,这些非晶质体可逐渐转变成各种结晶态的矿物。如酸性火山玻璃前期冷凝固结成非晶质的火山玻璃,经过漫长的地质年代,发生晶化转变为粒状石英或碱性长石。

2.胶体凝聚作用

胶体是一种物质的微粒(粒径为1~100nm)分散在另一种物质之中所形成的不均匀的“细分散体系”,是一种多相物质组成的混合物。由胶体凝聚作用形成的矿物称为胶体矿物,而由胶体转变为隐晶质和显晶质的矿物为变胶体矿物。例如,河水能携带大量胶体,它们在出口处与海水相遇,由于海水中含有大量电解质,使河水中的胶体产生胶凝作用,形成胶体矿物,滨海地区的鲕状赤铁矿就是这样形成的。

1.1.3.2 矿物的形成条件

在各种地质作用中,均可以形成矿物,但均需达到一定的条件,如高温作用下或高压作用下等,一般来说,矿物的形成条件主要包括温度、压力、矿物各组分浓度、介质酸碱度和氧化还原电位等。

在各种地质作用中,形成矿物的各种物理化学条件可以有主次之分。例如,岩浆作用和伟晶作用中通常是温度和组分浓度占主导地位;而区域变质作用中通常是以温度和压力为主导地位;风化作用和沉积作用中通常是以介质酸碱度和氧化还原电位起主导作用。