Минералогия [n 1] — это предмет геологии , специализирующийся на научном изучении химии , кристаллической структуры и физических (в том числе оптических ) свойств минералов и минерализованных артефактов . Конкретные исследования в области минералогии включают процессы происхождения и образования полезных ископаемых, классификацию полезных ископаемых, их географическое распространение, а также их использование.
Ранние письмена по минералогии, особенно о драгоценных камнях , происходят из древней Вавилонии , древнего греко-римского мира, древнего и средневекового Китая , а санскритские тексты — из древней Индии и древнего исламского мира. [4] Книги на эту тему включали « Естественную историю » Плиния Старшего , в которой не только описывалось множество различных минералов, но и объяснялись многие их свойства, и «Китаб аль-Джавахир» («Книга драгоценных камней») персидского ученого Аль-Бируни . Немецкий специалист по Возрождению Георгиус Агрикола написал такие работы, какDe re metallica ( « О металлах », 1556 г.) и De Natura Fossilium ( «О природе горных пород» , 1546 г.), которые положили начало научному подходу к этому вопросу. Систематические научные исследования минералов и горных пород развивались в постренессансной Европе. [4] Современное изучение минералогии было основано на принципах кристаллографии (истоки самой геометрической кристаллографии можно проследить до минералогии, практиковавшейся в восемнадцатом и девятнадцатом веках) и на микроскопическом изучении разрезов горных пород с изобретением микроскопа в17 веке. [4]
Николас Стено впервые наблюдал закон постоянства межфазных углов (также известный как первый закон кристаллографии) в кристаллах кварца в 1669 году. в 1783 году . [6] Рене Жюст Гаюи , «отец современной кристаллографии», показал, что кристаллы являются периодическими, и установил, что ориентация граней кристалла может быть выражена в терминах рациональных чисел, как позже закодировано в индексах Миллера. [5] : 4 В 1814 году Йонс Якоб Берцелиус ввел классификацию минералов, основанную на их химическом составе, а не на их кристаллической структуре. [7] Уильям Никол разработал призму Николя , которая поляризует свет, в 1827–1828 годах при изучении окаменевшей древесины; Генри Клифтон Сорби показал, что тонкие срезы минералов можно идентифицировать по их оптическим свойствам с помощью поляризационного микроскопа . [5] : 4 [7] : 15 Джеймс Д. Дана опубликовал свое первое издание « Системы минералогии» в 1837 году, а в более позднем издании представил химическую классификацию, которая до сих пор является стандартом. [5] : 4 [7] : 15 Рентгеновская дифракция была продемонстрирована Максом фон Лауэ .в 1912 году и превратился в инструмент для анализа кристаллической структуры минералов командой отца и сына Уильяма Генри Брэгга и Уильяма Лоуренса Брэгга . [5] : 4
Совсем недавно, благодаря достижениям в экспериментальной технике (например, дифракция нейтронов ) и доступной вычислительной мощности, последняя из которых позволила чрезвычайно точно моделировать поведение кристаллов на атомном уровне, наука расширилась, чтобы рассмотреть более общие проблемы в области области неорганической химии и физики твердого тела . Тем не менее, он по-прежнему сосредоточен на кристаллических структурах, обычно встречающихся в породообразующих минералах (таких как перовскиты , глинистые минералы и каркасные силикаты ).). В частности, в этой области достигнуты большие успехи в понимании взаимосвязи между структурой минералов на атомном уровне и их функцией; в природе яркими примерами могут быть точные измерения и прогнозирование упругих свойств минералов, что привело к новому пониманию сейсмологического поведения горных пород и связанных с глубиной разрывов в сейсмограммах мантии Земли . С этой целью, сосредоточив внимание на связи между явлениями атомного масштаба и макроскопическими свойствами, науки о минералах (как они теперь широко известны) обнаруживают, возможно, большее совпадение с материаловедением, чем любая другая дисциплина.