Khoáng vật học

, khoa học vật liệu, vật lý và địa chất.]]
Khoáng vật học due to the common phonological process of anticipatory assimilation, especially in North-American but also in UK English. Nevertheless, even modern descriptive UK dictionaries tend to record only the spelling pronunciation , sometimes even while their sound file instead has the assimilated pronunciation, as in the case of the Collins Dictionary.]]
Theo những ghi chép đầu tiên về khoáng vật học, đặc biệt là về ngọc hoặc đá quý và một số loại đá bán quý, đến từ vùng văn hóa Babylonia ở những thời kỳ đầu tiên, nền văn hóa Hy Lạp–La Mã (Greco-Roman) cổ, thời cổ và trung cổ của Trung Quốc, và những ghi chép dưới tiếng Phạn từ Ấn Độ cổ và văn hóa hồi giáo. Sách về môn nghiên cứu bao gồm Lịch sử tự nhiên (Naturalis Historia) của tác giả Pliny the Elder, cuốn sách không những miêu tả về nhiều loại khoáng vật khác nhau mà còn giải thích thêm về một số tính chất đặc trưng của chúng, ngoài ra còn có Kitab al Jawahir (Qyuển sách về những loại đá quý) bởi nhà nghiên cứu khoa học người Ba Tư tên Al-Biruni. Nhà chuyên môn Georgius Agricola ở Đức thời Phục Hưng đã để lại những nghiên cứu chẳng hạn như De re metallica (On Metals , 1556) và De Natura Fossilium (On the Nature of Rocks , 1546), chúng đã đưa khoa học tiếp cận đến bộ môn Khoáng vật học. Môn học khoa học về hệ thống khoáng sản và đá được phát triển ở thời Phục Hưng Châu Âu. René Just Haüy, được biết đến như "cha đẻ của tinh thể học hiện đại", cho thấy rằng tinh thể có chu kỳ và được thiết lập để sự định hướng về bề mặt tinh thể có thể được diễn đạt dưới các hạng mục của số hữu tỷ,sau này thì nó đã được mã hóa theo chỉ số Miller. William Nicol đã phát triển lăng kính Nicol (Nicol prism) – đèn phân cực, năm 1827&ndash;1828 trong khoảng thời gian ông đang nghiên cứu về gỗ hóa đá; Henry Clifton Sorby cho thấy rằng có thể xác định được khoáng vật qua một vết cắt mỏng của chúng bởi tính chất quang học khi ta sử dụng kính hiển vi phân cực (Polarizing microsope).
Độ cứng được xác định bằng cách so sánh với những khoáng vật khác. Trong thang đo độ cứng Mohs, có bảng đánh giá về độ cứng của khoáng vật được xếp từ độ cứng thấp nhất là 1 (khoáng vật talc) đến độ cứng cao nhất là 10 (kim cương). Khoáng vật có độ cứng cao hơn sẽ làm trầy khoáng vật mềm hơn,vì vậy nên một mẫu vật chưa được xác định sẽ được đặt trong thang đo này dựa trên vết trầy của mẫu vật khác để lại hoặc ngược lại.Một số khoáng vật như Calcit và Kyanit có độ cứng phụ thuộc hầu hết vào hướng của vết trầy. Công thức hóa học của chúng là (Mg,Fe)SiO3; Hạt có màu đỏ chính là oxi, hạt màu xanh lam là silicon và hạt màu xanh lục là Magie hoặc sắt.]]

Cấu tạo tinh thể là sự sắp xếp của các nguyên tử trong tinh thể. Nó được tượng trưng bởi những nhóm điểm dạng lưới (Crystal lattice) được đặt lặp đi lặp lại theo một khuôn cơ bản trong không gian ba chiều, còn được gọi là ô đơn vị (Unit cell). Mạng tinh thể được đặc trưng hóa bởi tính đối xứng và chiều không gian trong ô đơn vị của nó. Chiều không gian này được tượng trưng 3 chỉ số Milller. Mạng tinh thể sẽ giữ duy trì không đổi bởi tổ chức đối xứng đối với bất cứ điểm nào trong mạng lưới: phản chiếu (Reflection symmetry), quay (Rotational symmetry), nghịch đảo (Point reflection), và quay nghịch đảo (Improper rotation) là một sự kết hợp của việc quay và phản chiếu. Tập hợp lại, chúng tạo ra một vật mang tính toán học được gọi là nhóm điểm tinh thể (Crystallographic point group) hoặc lớp tinh thể. Có tất cả là 32 lớp tinh thể. Ngoài ra, nhóm không gian của một cấu trúc tinh thể được tạo thành từ các phép đối xứng tịnh tiến (Translational symmetry) bổ sung vào các phép đối xứng của các nhóm điểm. Khi kết hợp với những điểm đối xứng, chúng tạo ra tổng cộng 230 nhóm không gian (Space group). Bột nhiễu xạ có thể phân biệt giữa khoáng vật có thể xuất hiện ở mẫu thử cầm tay, ví dụ như biến thể tridymit và cristobalit

Các nguyên tố hóa học

Một vài khoáng sản là các nguyên tố hóa học, bao gồm lưu huỳnh, đồng, bạc và vàng, nhưng chiếm phần lớn là các hợp chất. Phương pháp cơ bản để xác định thành phần của khoáng vật là dùng các hóa chất lỏng (wet chemical analysis) để tiến hành phân tích, axit clohydric (HCl) là một ví dụ do hóa chất này có thể bào mòn khoáng sản. Các nguyên tố sử dụng trong phương trình được xác định bằng phương pháp đo màu (colorimetry), phân tích thể tích (volumetric analysis) hoặc phân tích trọng lực (gravimetric analysis). Có hơn 6,000 khoáng sản được đặt tên và chưa có tên, và khoảng 100 loại được phát hiện mỗi năm. ‘’Cẩm nang’’ về khoáng vật học phân các khoáng sản theo các loại: nguyên tố tự nhiên, sulfide (sulfides), muối sulfide (sulfosalts), oxit và hydroxide (oxides and hydroxides), halide (halides), cacbonat, nitrat và borat (carbonates, nitrates and borates), sulfat, cromat, molydbat và tungstat (sulfates, chromates, molybdates and tungstates), phosphat, arsenat và vanadate (phosphates, arsenates and vanadates), and silicat (silicates). Quá trình này sử dụng các kỹ thuật từ hóa khoáng học, đặc biệt là những nghiên cứu về đồng vị, để xác định chính xác những thứ như quá trình tăng trưởng của động-thực vật sống= B cũng như những thành phần khoáng sản ban đầu có chứa trong những hóa thạch.
Để tiếp cận các khoáng vật nhằm mục đích nghiên cứu, một phương thức mới được gọi là dùng sự tiến hóa của khoáng sản (mineral evolution) để dò tìm sự đồng tiến hóa của hệ sinh quyển và địa quyển ở một khu vực nhất định, bao gồm vai trò của khoáng vật trong nguồn gốc của sự sống, là yếu tố quan trọng quá trình tổng hợp khoáng chất xúc tác và sự hấp thu có chọn lọc các phân tử hữu cơ có trên bề mặt khoáng sản.
Sinh khoáng học[chỉnh sửa]
Sinh khoáng học là một lĩnh vực được giao thoa giữa khoáng vật học, cổ sinh vật học và sinh học. Đây là ngành học chuyên nghiên cứu về cách thức duy trì, ổn định hàm lượng khoáng sản trong tự nhiên dưới sự kiểm soát sinh học của thực vật và động vật, đáp án của sự cân bằng này là trình tự thay thế khoáng chất của chúng sau quá trình lắng đọng.[16] Quá trình này sử dụng các kỹ thuật từ hóa khoáng học, đặc biệt là những nghiên cứu về đồng vị, để xác định chính xác những thứ như quá trình tăng trưởng của động-thực vật sống[17][18] cũng như những thành phần khoáng sản ban đầu có chứa trong những hóa thạch.[19]
Để tiếp cận các khoáng vật nhằm mục đích nghiên cứu, một phương thức mới được gọi là dùng sự tiến hóa của khoáng sản để dò tìm sự đồng tiến hóa của hệ sinh quyển và địa quyển ở một khu vực nhất định, bao gồm vai trò của khoáng vật trong nguồn gốc của sự sống, là yếu tố quan trọng quá trình tổng hợp khoáng chất xúc tác và sự hấp thu có chọn lọc các phân tử hữu cơ có trên bề mặt khoáng sản.[20][21]
Hệ sinh thái của khoáng sản
Vào năm 2011, đã có rất nhiều nhà nghiên cứu bắt đầu việc phát triển một viện nghiên cứu cơ sở dữ liệu tiến hóa của các loại khoáng sản. Cơ sở dữ liệu này tích hợp một diễn đàn có rất đông thành viên đóng góp – Mindat.org, nơi có hơn 690,000 cặp khoáng sản đặc trưng cho vị trí địa lí của chúng, với danh sách IMA chính thức về khoáng sản và dữ liệu tuổi tác của chúng dựa trên các ấn phẩm địa chất.
Cơ sở dự liệu này làm khả thi hóa việc áp dụng số liệu thống kê để trả lời những câu hỏi cũng như những thắc mắc chưa có lời giải mà ngày nay người ta thường đặt ra, hệ sinh thái của khoáng sản là chìa khóa để giải đáp những khúc mắc này. Câu hỏi được đặt ra nhiều nhất là sự tiến hóa của khoáng sản có bao nhiêu phần trăm khả thi (deterministic) và cơ hội thành công chính xác là bao nhiêu. Một số yếu tố có tính chất quyết định, điển hình như là các tính chất hóa học của khoáng sản và điều kiện để chúng ổn định hình thái (stability) của mình; nhưng khoáng vật học cũng có thể bị tác động bởi các quá trình kiến tạo của các thành phần tồn tại trong hành tinh. Trong một bài báo được viết vào năm 2015, Robert Hazen và những nhà khoa học khác đã phân tích được số lượng khoáng sản liên quan đến các nguyên tố cũng như những chức năng phóng phú, đa dạng và đa dụng của chúng. Những nhà khoa học này đã phát hiện được trên Trái Đất có hơn 4800 khoáng sản đã được đặt tên và biết đến, ngoài ra còn 72 nguyên tố, giữa chúng tồn tại một mối quan hệ liên quan đến định luật năng lượng (power law). Mặt Trăng là ví dụ, với chỉ 63 loại khoáng sản và 24 nguyên tố được phát hiện (dựa trên một mẫu vật nhỏ hơn nhiều) và về cơ bản thì chúng có cùng mối quan hệ. Điều này có hàm ý rằng những thành phần hóa học phân bố trên khắp hành tinh, nhờ sự phân bố rộng đó nên những nhà khoa học có thể dự đoán được thêm nhiều khoáng chất phổ biến đang tồn tại ở đâu, dạng nào. Tuy nhiên, sự phân bối khoáng vật có một sự kéo dài (long tail) theo hướng tiêu cực trong quá khứ, với chỉ 34% lượng khoáng sản tìm được ở một hoặc hai khu vực. Theo mô hình dự đoán được còn hàng ngàn những loại khoáng sản khác đang chờ để được khám phá, hoặc đã hoàn thành quá trình kết tinh và sau đó bị xói mòn, vùi sâu hơn vào lòng đất hoặc các quá trình khác làm ảnh hưởng đến sự tồn tại của chúng. Điều này có ngụ ý rằng tỉ lệ hình thành khoáng sản quí xảy ra cần phải tinh chỉnh, đảm bảo được từng cơ hội một.
Trong những tập dữ liệu lớn có một ứng dụng khác rất cần thiết, lý thuyết mạng (network theory) đã được áp dụng vào tập dữ liệu của những khoáng sản thuộc họ cacbon, nhờ vậy đã một phần khám phá được những mẫu vật mới dựa vào sự đa dạng và vị trí phân bố của chúng. Những bản phân tích có thể cho thấy được những khoáng vật nào có xu hướng tồn tại cùng nhau và những điều kiện tồn tại (địa chất, vật lí, hóa học và sinh học) có một sự liên quan nhất định đến chúng. Những tài liệu, thông tin về hệ sinh thái này có thể dùng để dự đoán được vị trí lắng cặng và thậm chí là những loại khoáng sản mới mà chưa ai biết.
Công dụng của khoáng sản

Khoáng sản là rất cần thiết cho những nhu cầu khác nhau của mỗi người trong xã hồi ngày nay, một vài ví dụ điển hình như chúng được dùng làm quặng cho các thành phần chính của những sản phẩn kim loại dùng trong các mục đích khác nhau như thương phẩm và các thiết bị máy móc, là thành phần thiết yếu cho những vật liệu xây dựng chẳng hạn đá vôi, đá cẩm thạch, đá granit, sỏi, thủy tinh, thạch cao, xi măng, vâng vâng,.... Những khoáng sản còn được dùng như phân bón để làm phong phú lượng dưỡng chất có trong đất để thúc đẩy quá trình phát triển của cây trồng nông nghiệp.
Việc thu thập khoáng sản
Công việc thu thập khoáng sản cũng có thể là một sở thích nghiên cứu và là sở thích của những tín đồ sưu tầm, với những câu lạc bộ và những tổ chức xã hội đại diện cho lĩnh vực này. Những viện bảo tàng, một vài nơi điển hình như bảo tàng lịch sử quốc gia tự nhiên về địa chất, đá quý và khoáng sản Smithsonian (National Museum of Natural History Hall of Geology, Gems, and Minerals), bảo tàng lịch sử tự nhiên của địa hạt Angeles (Natural History Museum of Los Angeles County),
bảo tàng lịch sử tự nhiên, London, và bảo tàng khoáng sản tư nhân Mim ở Beirut, Liban, có rất nhiêu bộ sưu tập mẫu vật khoáng sản phổ biến được trưng bày dài hạn tại những bảo tàng đó.

Chú thích

Nguồn thông tin

= Xem thêm =
Danh sách khoáng vật

Tham khảo

}}

Liên kết ngoài
Các hiệp hội

Liên đoàn Hội Khoáng sản Hoa Kỳ
Cộng đồng Khoáng vật học và Tinh thể học Pháp
Cộng đồng Địa chất Hoa Kỳ
Cộng đồng Khoáng vật học Đức
Hiệp hội Khoáng vật học quốc tế
Cộng đồng Khoáng vật học và Thạch luận Ý
Hiệp hội Khoáng vật học Canada
Cộng đồng khoáng vật học Vương quốc Anh và Ireland
Cộng đồng Khoáng vật học Hoa Kỳ

Khác
Bảo tàng lịch sử khoáng vật học ảo