中國古代的礦物學

礦物和人類生活關系極其密切，我們的祖先在舊石器時代就認識和使用過十四種礦物和巖石。新石器時代認識和使用礦物巖石的品種有三十七種，玉石、銅都相繼為人們所注意和使用。

四千多年前，中國人民已經開采銅礦石煉銅。到殷商末年，已經鑄造出一千七百五十斤重的司母戊鼎。隨著煉制青銅的需要，錫、鉛礦也被開采使用。三千多年前，中國人民開始用隕鐵。春秋戰國時期，人們已經掌握了鑄鐵技術，出現了塊煉滲碳鋼，鐵工具已經在農業和手工業生產中使用。石器——銅器——鐵器的演進必須以對礦物的認識演進和礦產的探尋、開采、冶煉事業的向前發展作基礎。中國古代礦物學也就從礦石生產中逐漸產生。比如：《山海經·五藏山經》（以下簡稱《山經》）、《禹貢》等著作中，有關礦物知識的記載，就是從石器時代到鐵器時代對礦物的認識和使用的總結。《山經》成書于戰國時期（公元前五世紀左右），記載了礦物八十九種，其中有金屬礦、非金屬礦和各種怪石、各色堊土；記載產地三百零九處，對礦產出處描述比較詳細，如山上、山下，山陰、山陽，水中等等；又根據礦物巖石的硬度、顏色、光澤、透明度、粗糙或平滑的程度、敲擊聲音、磁性、醫藥性能、集合體的狀態（土狀的、塊狀的、卵狀的、米粒狀的、巨大的）等等性質來識別礦物和巖石；部分地知道了礦石的可熔煉性；有時就根據這些特性對礦物和巖石命名，如磁石、采石、瓀（ruǎn）石（軟的石頭）、丹粟（紅色粒狀）、茈（zǐ）石（紫色石頭）、白玉、青臒（hù）（黑色石頭）等等。《山經》中還反映了近代礦床學上所稱的“共生現象”，如赤銅—礪石、鐵—文石、銀—砥礪、鐵—美玉—青堊、黃金—銀、白金—鐵、金—銀—鐵、金—玉—赭石等。以前曾經有人把希臘學者泰奧弗拉斯托斯（約前372—前287）于公元前三世紀寫的《石頭志》（書中只記載了十六種礦物，分金、石、土三類）說成是世界上最古老的地質文獻。其實，當《石頭志》問世時，我國的《山經》已經傳世二百年左右了，而且內容比它豐富得多。

中國古代礦物知識和中醫藥學有很密切的關系。在歷代本草著作中，都收集了礦物藥，積累了豐富的礦物知識。從《神農本草經》到《本草綱目》，其中主要的本草著作在三十種以上。本草著作中記載了礦物的藥性，礦物的化學、物理性質，礦物的產地以及鑒別、采掘方法等。這就完全有理由把各類本草著作中有關礦物知識的部分看作中國古代的礦物學著作。比如宋代寇宗奭的《本草衍義》，就利用化學變化、晶形、解理、色澤來鑒定許多礦物。明代李時珍的《本草綱目》集歷代本草著作的大成，也是古代礦物知識的總結。書中列有礦物藥二百六十六種，除水、火、土三部外，金石部所載連附錄共達一百六十多種，分金、玉、石、鹵四類，保存了不少可供研究參考的礦物學資料。書中對每種金石的產地、形色和采掘、鑒別方法都有不同程度的詳細記述，并且考察歷史記載，鑒別正確和錯誤，使它更加完整。

中國古籍中，比較重要的礦物巖石著作還有宋代杜綰的《云林石譜》、明代陶宗儀的《輟耕錄》、宋應星的《天工開物》以及某些《硯譜》。

《云林石譜》重點是講園庭裝飾和鑒賞的巖石以及制硯、制各種用器、珍品、文物等的石頭，描述石頭的大概形狀、顏色、聲音、硬度、文理、光澤、晶形、磁性、透明度、吸濕性、風化程度、化學作用等。它所記石類有：第一，比較純的石灰巖類，曾經被水侵蝕、有特別形狀、可以作假山用的石頭近二十種；第二，石鐘乳類；第三，含有長石的石灰巖或砂巖；第四，含有錳質或鐵質的石灰巖或砂巖；第五，比較純的石英巖、砂巖、瑪瑙等；第六，葉蠟石、云母、滑石類；第七，頁巖和硯石類；第八，比較純的金屬礦物和玉類；第九，化石類。這確實是一部比較全面而專門的礦物巖石著作，特別偏重于沉積巖、變質巖的研究，是名副其實的《石譜》。至于陶宗儀所注意的礦物都屬于寶石類。《天工開物》研究的重點是五金、鹽、各類粘土、石灰巖、煤炭、各種礬石以及在軍事工業上起重大作用的礦物，而把珠玉放在最后，這種安排，體現了作者貴五金賤珠玉的思想。《天工開物》對礦物研究的特點是：不僅記載礦物名稱、種類、性狀，而且詳細記載探礦、開采、冶鑄技術。它是中國古代百科全書式的科學技術著作。此外，中國古代各類歷史專著、地方志、博物志、筆記等，也記載有豐富的礦物學資料。

中國是世界上最早發現和使用石油的國家之一。明確記載石油產地的是《漢書·地理志》。秦漢時期的高奴縣（今延安一帶）人民，發現延河的支流洧水的水面上有可燃燒的液體，便“接取用之”（《水經·河水注》）。東漢時候，人們又在酒泉延壽縣南山流出的泉水中發現了石油。由于這種液體裝在器皿中“始黃后黑”，有如漆狀，所以當地人叫它“石漆”（張華：《博物志》，《續漢書·郡國志》引）。這種“石漆”不僅“燃之極明”，而且“膏車甚佳”，可以作車軸的潤滑劑。北魏和唐代，我國新疆庫車和甘肅玉門一帶，相繼發現了石油，勞動人民對石油的開采和性能有了進一步的認識。北宋出現了石油軍用加工廠，用石油作主要原料造軍用武器。“石油”的名稱，是沈括明確提出的。沈括還試驗成功了用石油煙制墨（《夢溪筆談》卷二十四）。南宋，石油的一種固態照明產品——石燭問世。關于石油的藥用功能，明代李時珍作了記載。那時四川、陜北一帶的人民已經開始煉油。這些記載是很寶貴的，總結起來，可以看出我國人民對石油的發現、認識、使用、開采是一步步提高的。

中國古代的礦物學和煉丹也有密切的關系。古代煉丹家對礦物藥的認識，是礦物學的重要組成部分。后代講煉丹的著作，不僅記載了一些礦物名稱，解釋了煉丹藥的隱名，而且記載了礦物的產地和鑒別方法。比如晉代葛洪的《抱樸子內篇》對黃金、云母、雄黃的鑒別就是很有科學道理的。他說：“黃金入火，百煉不消；埋之，畢天不朽。”他把黃金的化學穩定性作了恰當的描述。對云母，當時的人多不能分別，而葛洪卻有一套鑒別方法，說是“法當舉以向日，看其色，詳占視之，乃可知耳。”這是我國最早記載直接看反射光顏色來區別云母種屬的方法。唐代煉丹著作《金石簿五九數訣》特別強調鑒別礦物藥的重要，說：“夫學道欲求丹寶，先須識金石，定其性質，知美惡。”正因為書的作者深感鑒別礦物的重要，所以書中除了記載礦物產地外，還記載了各種礦物的鑒別方法，說明顏色、光澤、形狀、透明度、反射光的顏色、粗細感覺程度、敲擊聲音、磁性、污染性、火焰色、燃燒氣味、味覺等等。唐代梅彪著的《石藥爾雅》，主要是解釋煉丹藥的隱名，剝掉煉丹家故意加在礦物藥名上的神秘色彩，為煉丹藥名的通俗化作出了貢獻。

中國古代礦物學和繪畫所使用的顏料有一定關系。古人對礦物顏料的認識是古代礦物學的組成部分。漢代墓室壁畫使用的礦物顏料有石青、石綠、赭石、石黃、朱砂等。魏晉隋唐壁畫使用的礦物顏料是赭石、黃土、石青、石綠、白堊、朱砂、孔雀藍、煤黑、高嶺土、藍銅礦、綠泥石、氧化鋁、青金石，密陀僧（PbO）、黃銅粉、絳礬（Fe2O3）、金、銀、銀朱（硫化汞）、鉛粉（堿式碳酸鉛）等①。制造陶瓷的原料和彩繪著色劑都和礦物有關。這方面的礦物知識也是中國古代礦物學的重要內容。我國在新石器時代早期已有陶器，原料是陶土，包括紅土、沉積土、黑土或其他粘土。從仰韶文化晚期起，已出現白陶，原料是瓷土和高嶺土。商代中期出現了原始瓷器，原料是高嶺土或瓷土。東漢出現了瓷器，原料是瓷石或瓷土，它是一種含石英—高嶺—絹云母類型的偉晶花崗巖風化后的巖石礦物。由于瓷土中含鐵量的不同，出現了青瓷、白瓷和黑瓷。宋代出現了紫砂器，原料是一種質地細膩、含鐵量高的特殊陶土，屬于高嶺—石英—云母類型。陶瓷的彩繪呈色劑也和礦物有關。比如仰韶文化彩陶彩料，經光譜分析得知，赭紅彩中的主要呈色元素是鐵，黑彩中的主要呈色元素是鐵和錳。因此估計赭紅彩料可能是赭石，黑色彩料可能是一種含鐵很高的紅土，或烏金土和紫金土。白色彩料可能是一種配入熔劑的瓷土。商周釉陶器表面上的釉，是用天然的碳酸鈣礦物配合粘土制成的。這種石灰釉是后世青瓷釉的鼻祖。青瓷釉由石灰石和瓷土配制而成。在石灰釉里，鐵是主要呈色元素，其次是鈦和錳。商周時期還發明了鉛釉，以鉛的化合物作為基本熔劑，主要呈色劑是銅和鐵。銅使釉呈現翠綠色，鐵使釉呈現黃褐和棕紅色。在鉛釉中加入少量含鈷或含錳的礦物，還會得到藍、紫等各種不同色調的低溫釉。在陶瓷色料應用上，鈷僅次于鐵、銅，像唐三彩的藍色，就是用鈷呈色的。此外天藍釉、霽青釉都加入了鈷。宋代發明的青花釉，主要呈色劑是氧化鈷（CoO），礦物學上叫鈷土礦。瓷器上的釉上彩粉彩類，色料在我國采用不純的礦物原料，如青礬、黃丹、銅花等作為呈色劑，配以石末、牙硝、鉛粉等煉成熔塊，磨細制成，大約有二十多種。