奇异的矿物晶体外形

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奇异的矿物晶体外形

     所有矿物晶体都有一定的几何多面体外形，这是矿物学中一条最基本的原理。不同矿物的外形各异，不乏精彩纷呈、使人流连忘返者，观赏这些五颜六色矿物晶体的外形，我们会在为大自然的鬼斧神工感叹之余，也可以得到美的享受和科学的启迪。那么矿物晶体的这些外形是如何形成的呢？都有什么样的外形呢？

    只要是矿物晶体，无一例外都具有一种最基本的性质，那就是：具有“自发形成封闭凸几何多面体外形的性质”，也称作是晶体的“自限性”。这是由于晶体特有的本质所决定的。然而，矿物晶体要形成规则的几何外形，单凭具有了这种本能的性质是远远不够的，还需要矿物形成时合适的外界条件，否则也难以形成规则的外形。举一个简单的例子，如果晶体形成的时候没有充分的可以自由生长的空间，可以想象，它不可能按照自己的那种愿望形成规则的外形，此时的外形可能是根据它形成时候的空间大小和空间形状有关。当然还有其他外部原因可以影响矿物的外形，诸如形成时候的温度、压力、pH值等，它们也在矿物形成时起着重要的作用。这也就是为什么自然界的矿物晶体约4000种，而晶形完整的晶体并不是那么很常见的原因了。

    我们知道了矿物晶体为什么可以形成规则的外形，那么晶体都有一些什么样的外形呢？其实矿物晶体外形的种类比我们想象的要少得多。如果只是考虑它们单独存在时的情况，即外形的各个面的大小和形状都一样的话，例如立方体、八面体等这样的情况（科学术语叫单形），那么总共也就区区47种。这47种单形可以分为两类，一类是其本身就可以构成封闭的立体几何图形，如立方体、八面体等，我们称之为“闭形”；另外一类是其本身不能够构成封闭的立体几何图形，我们称之为“开形”。呈等腰三角形的四个面构成了“四方锥”这样一个单形，注意，底部的四方形并不属于四方锥单形，而它是另外一个开形，叫“单面”。所以，这个几何多面体是由两个单形构成：一个是四方锥，另外一个是单面。象这类由多于一个单形构成的矿物晶体外形，在矿物学上称之为“聚形”。在47种单形中，开形共有17种，属于闭形的有30种，这里我们也不一一列出了。对于一个具体的矿物晶体而言，它可能存在的单形最多只能有7种，其外形可以是由一个单形构成，也可以是多个单形相聚构成的聚形，相聚的单形种类最多只能是7种，但单形的个数却没有一定限制，可以有两个或者几个同种单形同时存在。还是以最常见的石英做例子来说明这个问题，常见的石英具有5个单形，分别是：1. 六方柱，由六个柱面组成；2. 菱面体1，由六个较大的锥面组成，上面三个和下面三个锥面交*错开；3. 菱面体2，由较小的六个锥面组成；4. 三方双锥，是图中类似平行四边形的六个面组成；5. 三方偏方面体，由类似梯形的六个面组成。通过这个例子我们可以知道，矿物晶体的外形都是呈凸几何多面体外形，同时，不同的单形相聚后，由于相互交截的结果，使得单形的外貌变得与其单独存在时的形状差别很大。

    上面所说的都是理想晶体的情形，即同一单形的晶面大小相等、形状相同，只是在空间分布的方位不一样。但在实际晶体中，受上面所说的外部因素（形成时候的温度、压力、pH值等）影响，使得实际晶体的形状往往呈现出“歪晶”，就是说同一单形晶面的大小和形状有可能不完全相同了，有的晶面甚至没有实际出现。

    人们还可以看见一类矿物晶体，它们并不是凸几何多面体外形，而是在外形上存在一些凹角。这看起来和我们上面说的“具有自发形成封闭凸几何多面体外形的性质”似乎有些矛盾。例如图示中最大的天青石晶体，中间便存在凹角。然而，仔细观察可以发现，在凹角两侧的部分是完全相同的。如果我们在凹角处插入了一面镜子，则就会使得凹角两则部分完全重合。这在矿物学中称作是“双晶”。双晶也是一种较常见的现象，正是因为双晶的存在，才使得晶体外表有凹角的出现。

    矿物晶体可以以单独的个体出现，也可以同时许多聚集在一起，前者称作是“单体”，后者称作是“集合体”。如果颗粒细小，只能在显微镜下才能分辨出来，这种集合体称作“隐晶质集合体”，大家熟知的玛瑙，就是由隐晶质的石英（SiO2）组成，钟乳石是由隐晶质的方解石构成的。当然肉眼能看得见的就叫“显晶质集合体”。此外，矿物晶体的个体还有胖有瘦、有高有矮，它们聚集在一起形成集合体时也有着一些特殊的名称。例如，如果晶体很瘦很高，那么它们形成的集合体就叫“柱状集合体”，当然如果“很胖很矮”，就叫“板状集合体”或者“片状集合体”了。

    在教科书上还有许多绘制的矿物晶体形态，也许还会有朋友感叹：教科书上那些矿物形态画得真是太逼真了！其实，这也是一种误解，教科书上的那些晶体的形态，都是通过严格的晶体测量和科学的作图方法绘制出来的，这是一门古老学科－“晶体测量学”的研究内容。不过这不是我们今天讨论的话题了。