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藏在礦物世界中的“水”
人們常說“水是生命之源”。在我們的日常生活中，水隨處可見。但是，當(dāng)你看到五彩繽紛、璀璨奪目的礦物時，會把它們和水聯(lián)系到一起嗎？事實上，許多我們熟悉的礦物中便有水的身影，水的存在對很多礦物都非常重要。但此水非彼水，礦物中的水形式多樣，與生活中常見的水存在形式并不相同。
礦物中形式各異的水，就像一個個性格迥異的演員，在礦物晶體結(jié)構(gòu)中扮演著不同的角色，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，不同的水也對礦物性質(zhì)有著不同的影響。
根據(jù)礦物中水的存在形式，以及它們在礦物晶體結(jié)構(gòu)中的作用，礦物學(xué)家將礦物中的水劃分為吸附水、結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水三種基本類型，以及性質(zhì)介于結(jié)晶水和吸附水之間的層間水和沸石水兩種過渡類型。下面為大家逐一介紹不同類型的礦物中的水。
“善變”的吸附水
吸附水是指被機械地吸附在礦物顆粒的表面和裂隙中，或者滲入礦物集合體中的中性水分子（H2O）。吸附水并不參與礦物晶格的形成，因而不屬于礦物的化學(xué)組成。
吸附水十分“善變”，它的特征決定了礦物中吸附水的含量是不固定的，還會隨環(huán)境的溫度和濕度而變化。在常壓下，當(dāng)環(huán)境溫度升高到100~110℃時，“善變”的吸附水就會變成氣態(tài)從礦物中“逃走”，由于吸附水不參與礦物晶格的形成，所以它的失去并不會破壞礦物結(jié)構(gòu)，也不會影響礦物的性質(zhì)。
“過渡”的結(jié)晶水
結(jié)晶水是指以中性水分子（H2O）的形式存在于礦物晶格中一定位置上的水，結(jié)晶水是礦物化學(xué)組成的一部分。水分子有確定的數(shù)目，與礦物中其他組分的含量常成簡單的比例關(guān)系。
結(jié)晶水往往出現(xiàn)在具有大半徑絡(luò)陰離子的含氧鹽礦物中。結(jié)晶水的作用，是在不改變陽離子電價的前提下，通過一定的配位形式環(huán)繞在小半徑陽離子的周圍，形成水化陽離子，而使陽離子體積增大，從而與大的絡(luò)陰離子組成穩(wěn)定的化合物，比如大家都很熟悉的石膏Ca[SO4]·2H2O，其中的水就屬于結(jié)晶水。
圖1 石膏的復(fù)方燕尾雙晶，俗稱“沙漠玫瑰”
“執(zhí)著”的結(jié)構(gòu)水
結(jié)構(gòu)水，也稱化合水。是指以O(shè)H-、H+或H3O+離子形式存在于礦物晶格中的一定配位位置上，并有確定含量比的水，其中尤其以O(shè)H-最為常見，主要存在于氫氧化物和層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽等礦物中。例如水鎂石Mg(OH)2、高嶺石Al4[Si4O10](OH)8等等。
圖2 水鎂石
圖3 高嶺石
和“善變”的吸附水以及“過渡”的結(jié)晶水相比，結(jié)構(gòu)水絕對算得上十分“執(zhí)著”了，結(jié)構(gòu)水在礦物晶格中與其他離子聯(lián)結(jié)得最為牢固，因此結(jié)構(gòu)水只有在高溫（一般在600~1000℃）下晶體結(jié)構(gòu)遭受破壞時才能逸出。
“藏匿”在結(jié)構(gòu)層中的層間水
層間水是存在于一些層狀硅酸鹽（比如某些黏土礦物）晶格中結(jié)構(gòu)層之間的中性水分子，它們主要與晶體結(jié)構(gòu)中層間的陽離子結(jié)合形成水合離子。由于結(jié)構(gòu)層本身的電價沒有達到平衡，表面存在過剩的負(fù)電荷，可以吸附其他金屬陽離子，而后者又再吸附水分子，從而在相鄰的結(jié)構(gòu)層之間形成水分子層，即層間水。
顯然，層間水的含量隨所吸附陽離子的種類及環(huán)境的溫度和濕度而異，層間水的數(shù)量可以在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。
層間水比較容易失去，一般當(dāng)?shù)V物被加熱到幾十?dāng)z氏度時便會開始逸出，常壓下至110℃左右就會大量逸出。失水后礦物晶格并不被破壞，僅僅表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)層層間的距離縮短，垂直結(jié)構(gòu)層方向上礦物的晶胞參數(shù)c0減小，同時，礦物的相對密度和折射率會增大；并且，當(dāng)?shù)V物重新回到潮濕的環(huán)境中后，又可以重新吸水。含層間水的礦物，結(jié)構(gòu)層間的距離常隨含水量的變化而改變。
“管道”中的沸石水
沸石族礦物的晶體結(jié)構(gòu)中存在著寬大的空腔，就像是運輸天然氣的管道，沸石水便是存在于這些“管道”中的中性水分子。沸石水在晶格中也占據(jù)一定的配位位置，水的含量隨溫度和濕度而變化，其上限值與礦物其他組分的含量有簡單的比例關(guān)系。
沸石水一般從80℃開始逸出，至400℃時水可全部失去，但并不引起晶格的破壞，只是某些物理性質(zhì)發(fā)生變化，如透明度、折射率、相對密度隨失水量的增加而降低。失水后的沸石能夠重新吸水，并恢復(fù)到原來的含水限度，從而再現(xiàn)礦物原來的物理性質(zhì)。如鈉沸石Na2[Al2Si3O10]·2H2O。
圖4 鈉沸石
礦物中的水千變?nèi)f化，它們的一點點“風(fēng)吹草動”就可能引起礦物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化；同時，礦物結(jié)構(gòu)中的水可以反映礦物形成時的溫度、壓力等諸多信息，成為地質(zhì)學(xué)家研究關(guān)注的對象。了解礦物中的水，是了解礦物，認(rèn)知地球科學(xué)的全新視角。