礦物和人類生活關(guān)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(jīng)開采銅礦石煉銅。到殷商末年,已經(jīng)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(zhàn)國時期,人們已經(jīng)掌握了鑄鐵技術(shù),出現(xiàn)了塊煉滲碳鋼,鐵工具已經(jīng)在農(nóng)業(yè)和手工業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)的探尋、開采、冶煉事業(yè)的向前發(fā)展作基礎。中國古代礦物學也就從礦石生產(chǎn)中逐漸產(chǎn)生。比如:《山海經(jīng)·五藏山經(jīng)》(以下簡稱《山經(jīng)》)、《禹貢》等著作中,有關(guān)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(jié)?!渡浇?jīng)》成書于戰(zhàn)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(chǎn)地三百零九處,對礦產(chǎn)出處描述比較詳細,如山上、山下,山陰、山陽,水中等等;又根據(jù)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(yī)藥性能、集合體的狀態(tài)(土狀的、塊狀的、卵狀的、米粒狀的、巨大的)等等性質(zhì)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(jù)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(jīng)》中還反映了近代礦床學上所稱的“共生現(xiàn)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(jīng)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(zhì)文獻。其實,當《石頭志》問世時,我國的《山經(jīng)》已經(jīng)傳世二百年左右了,而且內(nèi)容比它豐富得多。
中國古代礦物知識和中醫(yī)藥學有很密切的關(guān)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(nóng)本草經(jīng)》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(zhì),礦物的產(chǎn)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(guān)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(jié)。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(chǎn)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?guī)r類,曾經(jīng)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?guī)r或砂巖;第四,含有錳質(zhì)或鐵質(zhì)的石灰?guī)r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(zhì)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?guī)r、煤炭、各種礬石以及在軍事工業(yè)上起重大作用的礦物,而把珠玉放在最后,這種安排,體現(xiàn)了作者貴五金賤珠玉的思想?!短旃ら_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(shù)。它是中國古代百科全書式的科學技術(shù)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(fā)現(xiàn)和使用石油的國家之一。明確記載石油產(chǎn)地的是《漢書·地理志》。秦漢時期的高奴縣(今延安一帶)人民,發(fā)現(xiàn)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(jīng)·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(fā)現(xiàn)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?shù)厝私兴笆帷保◤埲A:《博物志》,《續(xù)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)了石油軍用加工廠,用石油作主要原料造軍用武器?!笆汀钡拿Q,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(tài)照明產(chǎn)品——石燭問世。關(guān)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(jīng)開始煉油。這些記載是很寶貴的,總結(jié)起來,可以看出我國人民對石油的發(fā)現(xiàn)、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(guān)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(chǎn)地和鑒別方法。比如晉代葛洪的《抱樸子內(nèi)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?!彼腰S金的化學穩(wěn)定性作了恰當?shù)拿枋觥υ颇?,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?!边@是我國最早記載直接看反射光顏色來區(qū)別云母種屬的方法。唐代煉丹著作《金石簿五九數(shù)訣》特別強調(diào)鑒別礦物藥的重要,說:“夫?qū)W道欲求丹寶,先須識金石,定其性質(zhì),知美惡?!闭驗闀淖髡呱罡需b別礦物的重要,所以書中除了記載礦物產(chǎn)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(guān)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(guān)。這方面的礦物知識也是中國古代礦物學的重要內(nèi)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(xiàn)白陶,原料是瓷土和高嶺土。商代中期出現(xiàn)了原始瓷器,原料是高嶺土或瓷土。東漢出現(xiàn)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(xiàn)了青瓷、白瓷和黑瓷。宋代出現(xiàn)了紫砂器,原料是一種質(zhì)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(guān)。比如仰韶文化彩陶彩料,經(jīng)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(fā)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(xiàn)翠綠色,鐵使釉呈現(xiàn)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(diào)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(fā)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。