[科普中国]-砂

砂矿物形成的方式

在矿物学中，矿物分气态、液态、固态三种，但在砂矿物中，主要为固态。因此，砂矿物的形成方式主要是结晶作用和胶体凝聚作用。

结晶作用砂矿物晶体的形成过程，也就是物质成分在一定的物理化学条件(温度、压力、组份浓度、介质酸碱度等)下转变为结晶质的过程，其基本方式如下：
(1)由气态结晶：由气态直接转变为固态的结晶作用，称为升华作用。如在火山口附近因温度急剧降低而析出的自然硫以及在火山颈壁上附生的石盐、卤砂和碘等晶体。
(2)由液态结晶：一种是由熔体中结晶出来，如岩浆作用所形成的矿物。这些矿物晶体只有在温度低于该物质的熔点时才能结晶，也就是说只有当熔体过冷却时才能结晶，如瞰榄石、辉石等。另一种是由溶液中结晶出来，如钾盐、石盐、石膏、芒硝等。这些矿物只有在含该物质的溶液过饱和时才能结晶。
(3)由固态结晶：
①脱玻化作用：由非晶质体转变为晶体，如火山玻璃经过漫长的地质年代发生脱玻化作用，形成结晶质的石髓②同质多象转化：由于热力学环境的改变，由一种晶体转变为另一种晶体，其化学成分相同，而内部结构不同，这种变化叫同质多象转化。例如石墨在高温高压条件下转变成金刚石，卢一石英在一个大气压下，当温度低于573℃时，就转变为口一石英。③再结晶作用：细小的晶粒在温度压力影响下，通过质点的固态扩散，逐渐转变成粗
粒晶体。在这一过程中没有新的晶体形成，只是原有晶体的颗粒有所增大。例如，灰岩受热变成大理岩，其中的方解石晶粒随之变大。这种原结晶颗粒变大的作用称为再结晶作用。发生再结晶作用的原因是细粒晶体的比表面积较大，具有较多的表面自由能，当细小颗粒转变成粗大颗粒时，将使比表面积减小，表面能也相应减小，从而使晶体更加趋于稳定。④重结晶作用：晶体形成之后，由于温度或浓度的变化，使晶体发生熔化或溶解，晶
体的一部分物质又转入母液，然后又在适当的条件下再重新结晶，使晶体长大。在这一过程中间经过一个液体阶段而区别于再结晶作用。以上各种结晶作用，对砂矿物的生成和演化，都是非常重要的。

胶体凝聚作用胶体砂矿物是一种物质微粒(直径为10一一1000A)分布于另一种物质中所形成的混合物。前者称为分散相"，后者称为“分散媒"。分散相与分散媒都可以是固态液态或气态，但在胶体砂矿物中，分散柏为固态，而分散媒以液态为主。地表水常含有大于10A的微粒，因此不是真溶液，而是胶体溶液。胶体溶液在凝结之后，即含有较少的水而成胶凝体。地表上形成的胶体砂矿物，常常是经过这种方式生成的。如蛋白石、触状赤铁矿、高岭石等。

砂矿物形成的条件在矿物学中我们已经知道矿物的形成条件，主要有温度、压方、组份浓度、介质酸碱度(pH值)和氧化还原电位(Eh值)等因素。砂矿物的形成条件基本上也是这些。

温度砂矿物在熔体或溶液中结晶时，都有一定的结晶温度，并在一定的温度、压力范围内稳定。例如声一石英在一个大气压下，温度低于867℃时开始形成，只在867-573℃范围内稳定，口一石英则在573℃时开始形成，温度低于573℃时才稳定。因此，在砂样中(常规条件下)见不到卢一石英，只能见到口一石英呈p一石英(六方双锥晶体)的假象。

压力在高压条件下形成的砂矿物，其质点堆积紧密，即密度大、硬度大。如金刚石(形成于10000大气压力)。由于地壳中压力是随深度增加的，高压条件下形成的砂矿物往往在地壳的深处和地幔中。此外，区域变质作用中的定向压力能使某些片状和柱状砂矿物在平行于压力作用的方向上发生溶解，而在垂直压力作用的方向上生长，结果造成这些砂矿物在母体中呈定向排列，如片麻岩中的黑云母和石英，其单体形态有向垂直压力的方向伸展的特点与一般花岗岩中的相区别。

组份的浓度晶体砂矿物只是在有关组份的浓度达到过饱和状态(即结晶速度大于溶解速度)时，才能结晶出来。如岩浆在结晶分异过程中，从中期向后期过渡时，岩浆中CaO的浓度逐渐减小，而K20的浓度逐渐增大，因而普通角闪石逐渐消失，而代之形成黑云母。又如伟晶岩中的铯，如果它在岩浆中的含量较高时，它就可以形成独立的含铯矿物——铯榴石Cs[AISi206]否则，就以类质同象替代Be2+而进入绿柱石Be3Al2(Si6018]的晶格。

介质酸碱度水溶液的酸碱度一般用水溶液中氢离子浓度的对数j负值来表示，ph=7时为中性，7时为碱性。对于热液作用中介质的酸碱度，因自由H+，OH一不是主导因素，因此需由金属元素的相对酸碱性来比较。即酸性代表非金属性，呈阴离子或络阴离子的性能，碱性代表金属性，呈阳离子的性能。介质的酸碱度视碱性元素(I A、ⅡA)与酸性元素(VA、ⅥA、VIIA)的相对浓度和强度而定。

氧化还原电位当溶液中存在多种变价元素时，往往因彼此之间存在着电位差而有电子的转移，同时发生了相互对立统一的氧化还原作用。由于电子的得失所显示的电位称为氧化还原电位。氧化还原电位对变价元素化合物的形成影响极为显著。1