Минералогия [n 1] — 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 минералов, классификацию минералов, их географическое распространение, а также использование.
Ранние сочинения 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 по этой теме включали « Естественную историю » Плиния Старшего , в которой не только описывались многие различные минералы, но и объяснялись многие их свойства, а также «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.), положившие начало научному подходу к этому предмету. 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 микроскопического изучения разрезов горных пород с изобретением микроскопав 17 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 Аюи , «отец современной кристаллографии», показал, что кристаллы являются периодическими, и установил, что ориентации граней кристаллов могут быть выражены через рациональные числа, как позже закодировано в индексах Миллера. [5] : 4 В 1814 году Йенс Якоб Берцелиус представил классификацию минералов, основанную на их химическом составе, а не на кристаллической структуре. [7] Уильям Никол разработал призму Николя , которая поляризует свет, в 1827–1828 годах во время изучения окаменелой 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, дифракции нейтронов ) и имеющимся вычислительным мощностям, последняя из которых позволила чрезвычайно точно моделировать поведение кристаллов в атомном масштабе, наука расширилась, чтобы рассмотреть более общие проблемы в области области неорганической химии и физики твердого тела . Однако основное внимание уделяется кристаллическим структурам, обычно встречающимся в породообразующих минералах (таких как перовскиты , глинистые минералы и каркасные силикаты).). В частности, в этой области достигнуты большие успехи в понимании взаимосвязи между атомной структурой минералов и их функциями; 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, в своем фокусе на связи между явлениями атомного масштаба и макроскопическими свойствами, науки о минералах (как они сейчас широко известны), возможно, больше пересекаются с наукой о материалах, чем любая другая дисциплина.