为什么大多数矿物如此稀有?

Question

世界上已知的矿物有4660种，那么为什么大多数都如此稀有呢?

这和矿物的结构有关吗?

Answer 1

矿物的稀有性取决于以下几个因素:

• 地球内部元素的分布

地壳中九种最丰富的元素的质量丰度大约是:氧46%，硅28%，铝8.2%，铁5.6%，钙4.2%，钠2.5%，镁2.4%，钾2.0%，钛0.61%。其他元素的含量低于0.15%。（参考）

因此，由O、Si、Al、Fe、Ca、Na、Mg、K和Ti以外的元素组成的矿物占地球化学成分的比例远远小于0.15%。

• 自然过程中元素的重新分配。

  考虑前9个元素(O, Si, Al, Fe, Ca, Na, Mg, K, Ti)，注意氯不在列表中，但按质量计算，Cl应该在地球表面的前9个元素中。自然过程会改变元素的分布。

  占地球表面71%的海洋中最主要的元素是:氧、氢、氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳和硼。

大气元素包括:氧、碳、氢、氮、钙、钾

• 矿物种类的稳定性(物理和化学特性)可以影响矿物的普遍性。

  例如:水溶性矿物——至少有90种矿物易于溶于水。（参考）

  有些矿物是易受酸性或碱性溶液影响的溶液。

  有些矿物在接近地表的条件下是天生不稳定的。

  • 有些矿物质容易氧化(天然铁)
  • 有些矿物质会被湿度和氧气慢慢改变(酸性石)
  • 有些矿物只有在高温或高压下才稳定。(这取决于矿物的晶体结构在表面条件下(1 atm压力25'C)钻石是有弹性的，但α -石英可以迅速转变为β -石英。

• 矿物形成环境影响矿物分布。

通常在地球地幔中形成的矿物，无论其化学位置如何，在地表自然都很难找到。

火山矿物组合需要火山活动，火山活动通常局限于板块边界和孤立的地幔热点。

• 最后，热力学(吉布斯自由能)可以用来衡量特定化学反应发生的概率。

  考虑:Fe + S = FeS2(黄铁矿)vs Fe + S = FeS2(辉石矿)环境的自由能态可以用来解释为什么黄铁矿或辉石矿会形成。

一些化学反应由于在特定环境中所涉及的元素而非常不可能发生。

考虑:
立方氧化锆(CZ)是二氧化锆(ZrO2)的立方结晶形式。它在自然界中找不到，因为在没有硅的环境中没有稳定的形成环境。取而代之的是锆石。(锆硅酸盐(ZrSiO4)。

Answer 2

大多数矿物稀有有两个原因:它们并不稀有，但难以获取，或者它们需要非常不寻常的条件才能形成。

在地球或宇宙中有一些非常常见的矿物质，我们几乎看不到。其中一种是莫桑石，或碳化硅(SiC)。硅和碳都是宇宙中非常常见的元素，它们通常结合形成这种矿物。然而，在地球上有丰富的氧气，硅和碳都与它结合，所以它在地球上很罕见。问题是，太空就在太空中，所以虽然它在宇宙中很常见，但在我们的星球表面却很罕见。另一个例子是菱木石，它是橄榄石的高压类似物。橄榄石是地壳中最常见的矿物之一，菱木石是地幔中最常见的矿物之一。然而，我们很少能在地面上看到它。

至于(地球上)需要特殊条件的矿物，那将是大多数矿物。矿物形成的四个最重要参数是温度、压力(相当于深度)、化学环境(即可用的元素)和氧逸度(衡量环境氧化程度的指标)。因为地壳中的许多岩石是由这四个参数的几个组合形成的，所以按体积计算的大部分矿物都是由少数几种矿物组成的。但是，你可以以很多不同的组合偏离这些参数中的每一个，每一个偏差都会导致一种极其罕见的不同矿物的形成。

这里有一个例子:碲是一种稀有元素，但它与银和金一起形成相当常见的矿物质。针碲金银矿(Te (Ag)、盟)₂)和petzite (Ag_3.AuTe₂)可能是最常见的两种。注意那里是如何没有氧气的:这是因为你发现碲的地质环境不是你通常能找到(足够)氧气的环境。这些矿物质被称为碲化物。但如果你找到了氧气呢?你会得到含有碲和氧的矿物质，这些都是碲酸盐。这些矿物质不太常见。如果我们再加入一些更稀有的元素呢?加州的Aga矿就是这样一个例子，那里有碲，氧气，还有稀有的铅和铜。这导致了铅铜碲酸盐的形成，这种极其罕见的矿物只出现在这一个矿山中。看看矿物质清单在那个矿坑里找到的!每一种名字中粗体和(TL)的矿物都只在那一个矿山中找到。它们都是铅铜碲化物，元素的比例各不相同。