盐湖边露出的白色岩层,有些软到用手指就能掰下一角,掰下的薄片还能弯成弧;相隔几米的另一层同样雪白,指甲划上去只留一道白印,敲下来碎成规整的小方块。两层都被人叫石膏,其实一层是含水硫酸钙,一层是无水硫酸钙。
先用指甲:划得动的是石膏,划不动的是硬石膏
石膏的硬度是 2,指甲的硬度约 2.5,所以指甲能在石膏上划出连续的白沟,沟宽约 0.1 毫米,沟里带粉。硬石膏硬度 3–3.5,指甲划不动,小刀能划动但吃力。这一条在露头上就能做,不需要带工具,也不需要新鲜断面。
软的那一层往往还带塑性。沿解理面剥下的石膏薄片,厚 0.5 毫米左右,可以用手指压成浅弧而不断,松手后略微回弹;硬石膏同样厚的片一压就断成两截。能弯的是石膏,能断的是硬石膏,这是两者手感上最直接的差别。
再数解理:石膏一组极完全,硬石膏三组垂直
石膏只有一组极完全解理,平行于底面,所以它只能沿一个方向剥成薄片,剥下来的片两面平整,侧面却是参差的。硬石膏有三组解理,方向互相垂直,敲碎后落下来的小块接近立方体,三个面两两相交近 90 度,面上都能看到平整的解理面。
解理组数把碎块的几何形状固定住了。捡起一块碎屑,看它有几个平整面:一个平整面配毛边,是石膏;三个平整面互成直角,是硬石膏。这一条不依赖颜色和透明度,在风化发白的露头上照样有效,比看光泽稳。
最硬的一条在密度:二点三与二点九五的差距
石膏的密度是 2.31–2.33 克/立方厘米,硬石膏是 2.93–2.98 克/立方厘米,相差约 27%。同样大小的一块,硬石膏明显压手。这个差别比石英与长石之间的还大,掂几次就能形成手感,不容易被白颜色骗过去。
密度差来自结晶水。石膏的晶格里每分子硫酸钙带着两个水分子,水分子占了不少体积却不增加多少质量,密度因此被拉低。硬石膏没有这两个水分子,同样的钙和硫酸根挤在更小的体积里。本文判断:掂重实际上是在掂有没有水,这条推理对含水的硫酸盐普遍成立。
混进来的是纤维状方解石和雪花石膏
纤维石膏与纤维状方解石外形极像,都是一束束白色纤维。方解石硬度 3,滴稀盐酸剧烈起泡;石膏硬度 2,加酸不起泡。两者放在一起,一刀一滴就能分开,不必看纤维的粗细和排列。
雪花石膏是石膏的细粒块状变种,白色、微透明,常被误认成大理岩。大理岩硬度 3,加酸起泡,密度 2.7 克/立方厘米左右;雪花石膏硬度 2,不起泡,密度 2.32 克/立方厘米。用指甲划一下,结果立刻分开。
关键数据
下列数值取自矿物学手册与石膏工业教材的常见区间。石膏与硬石膏可以在同一层位互相转化,采样时尽量取新鲜面,风化壳上的数据会偏低。常温下每升水只能溶解约 2 克石膏,这个溶解度也决定了露头能保留多久。
- 石膏:硬度 2,密度 2.31–2.33 克/立方厘米,一组极完全解理。
- 硬石膏:硬度 3–3.5,密度 2.93–2.98 克/立方厘米,三组解理互相垂直。
- 石膏在 100–150 摄氏度脱水,生成半水石膏。
- 硬石膏吸水化为石膏,体积增大约六成。
- 石膏条痕白色,加稀盐酸不起泡。
- 方解石硬度 3,加酸剧烈起泡,可作对照。
边界
硬石膏表面常裹一层石膏化的白壳。硬石膏暴露在潮湿空气中,表层水化成石膏,硬度从 3 降到 2,指甲又能划动了。这时测得的是壳,不是本体,必须敲开取内部新鲜面,否则会把硬石膏误判成石膏。
细粒块状的雪花石膏测不出解理,也剥不出薄片。纤维太细时塑性也不明显。本文判断:这类标本只能靠硬度与密度两条,加酸不起泡作为排除项,晶形与解理应当直接放弃,不要勉强找。
参考文献
- 王濮, 潘兆橹, 翁玲宝.《系统矿物学》. 地质出版社, 1982–1987. —— 硫酸盐各论。
- Klein C, Dutrow B. Manual of Mineral Science (23rd ed.). Wiley, 2008. —— 石膏与硬石膏物理性质。
- Deer W A, Howie R A, Zussman J. An Introduction to the Rock-Forming Minerals (2nd ed.). Longman, 1992. —— 硫酸钙矿物条目。
- 中国大百科全书总编辑委员会.《中国大百科全书·地质学》. 中国大百科全书出版社, 1993. —— 石膏、硬石膏条目。