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      歐泊變彩之謎

      2015-04-08 09:37:24馬志飛
      百科知識 2015年6期
      關(guān)鍵詞:和氏璧二氧化硅寶石

      馬志飛

      中國歷史上著名的美玉——和氏璧,史書上稱其為“歲星之精,墜于荊山,化而為玉,側(cè)而視之色碧,正而視之色白”。意思是說,如果從不同的角度看它,會看到不同的顏色。這塊大名鼎鼎的和氏璧到底是一種什么礦物呢?很遺憾,和氏璧后來下落不明,我們只能根據(jù)古人的描述來推測它的成分。有學(xué)者認為,和氏璧應(yīng)該是一塊白色的歐泊。

      色彩之王 名不虛傳

      歐泊,又稱蛋白石,由英文名稱“Opal”音譯而來,因其具有變幻莫測的色彩備受世人喜愛。

      古羅馬一位自然科學(xué)家曾贊美歐泊具有“紅寶石般的火焰,紫水晶般的色斑,祖母綠般的綠?!?。因此,也有學(xué)者認為,和氏璧不是歐泊,因為它的顏色變化一般只限于淡綠、白色,寶石轉(zhuǎn)動時,顏色只會發(fā)生深淺變化;而歐泊更加別具一格,它可以在多種顏色之間來回變換,如淡藍色、深藍色、濃綠色、濃紫色等,是寶石家族中名副其實的“色彩之王”。

      人們贊美歐泊“集寶石之美于一身”,是“神奇寶石中的皇后”“色彩的交響樂”“魔法世界來客”。自古以來,它一直被認為是“彩虹的化身”,象征著希望和幸運,能夠給人們帶來浪漫的愛情。如今的人們把歐泊奉為10月的生辰石,酷愛歐泊的澳大利亞人更是給了它很高的地位,將其尊奉為“國石”。

      變彩效應(yīng) 卓爾不群

      寶石的顏色之所以絢麗多彩,有些是由于自身的礦物成分引起的,這叫“自色”;有些是由于礦物中混入了其他微量物質(zhì)引起的,稱為“他色”;還有些則是由于光的干涉、衍射等物理光學(xué)過程引起的,是一種“假色”。

      在礦物學(xué)和寶石學(xué)中,歐泊這種特殊的變色現(xiàn)象被稱為“變彩效應(yīng)”,它屬于假色的一種形式。在自然界中,有極少數(shù)的礦物由于晶格內(nèi)存在著定向排列的細微包裹體,能夠引起光線的變化,當從不同方向觀察時,其顏色就會不同。具有這種特殊光學(xué)性質(zhì)的寶石并不多見,主要就是長石類寶石,如月光石,以及蛋白石類寶石,如歐泊。

      那變彩效應(yīng)的原理是什么呢?學(xué)過物理學(xué)的人應(yīng)該還記得,光學(xué)中有一種典型現(xiàn)象,叫衍射。其簡單的實驗是這樣的:在光源和觀察屏之間,放置一個中間有小孔的障礙物;由于光沿著直線傳播,我們可以看到,觀察屏上出現(xiàn)一個亮斑,如果不斷地縮小孔的直徑,觀察屏上就會慢慢出現(xiàn)一個明暗相間的圓形光環(huán)。這是光波遇到障礙物時偏離原來的直線傳播所造成的。這種能夠利用衍射效應(yīng)對光進行調(diào)制的儀器,就是光柵。

      歐泊的礦物學(xué)名稱叫“蛋白石”,其主要成分是含水的二氧化硅,化學(xué)表達式為SiO2·nH2O。二氧化硅晶體是以硅氧四面體作為基本結(jié)構(gòu)單元,也就是說,硅原子的4個價電子與4個氧原子形成4個共價鍵,硅原子位于正四面體中心,4個氧原子位于正四面體的4個頂角上。在歐泊的結(jié)構(gòu)中,這些二氧化硅就像是緊密堆積在一起的小球一樣,在三維空間中規(guī)則排列;這些小球的直徑約150~300納米,小球之間還有很多空隙,充填著水和空氣;這樣的結(jié)構(gòu)像是一個天然的三維光柵,當白色光線照射歐泊時,隨著入射角的變化,不同波長的單色光就會不斷發(fā)生衍射;于是,我們看到了五顏六色的彩光。

      當然,不同的歐泊具有不同的變彩能力,這主要取決于歐泊中空隙的大小,空隙的大小則取決于球粒的直徑。球粒的直徑越大,它們彼此之間的空隙也越大,產(chǎn)生的顏色種類就越多。

      回想一下,當我們拿起CD或DVD光盤時,來回變換不同的觀察角度,是不是會看到光盤表面出現(xiàn)如同彩虹一般的顏色?這就是由于光盤表面均勻地排列著一系列的光軌,也形成了一種光柵,所以產(chǎn)生了光的衍射。歐泊的變彩效應(yīng)其實是一樣的道理。

      成分簡單 產(chǎn)地不多

      雖然歐泊的物質(zhì)成分非常簡單,和石英、玻璃的主要成分類似;但并非所有的二氧化硅都能形成貴重的歐泊。一般來說,歐泊是由硅酸鹽礦物分解產(chǎn)生的硅酸溶膠慢慢沉淀而成,常常在火山區(qū)的溫泉沉積物中、火成巖的氣孔或裂隙空洞中形成。

      天山北麓,位于新疆維吾爾自治區(qū)吉木薩爾縣的茫茫戈壁里,存在著一個五彩繽紛的世界,那里分布著一座座奇形怪狀、顏色各異、絢麗多姿的孤立小山丘。有人在那里發(fā)現(xiàn)了木化石:幾億年前的高大樹木被深埋地下,在地下水的作用下,周圍的化學(xué)物質(zhì)進入到樹木內(nèi)部,替換了原來的木制成分,但它們還保留著原來的木質(zhì)形態(tài),甚至是清晰的木質(zhì)纖維構(gòu)造。由于其中含有大量的二氧化硅,所以,這些化石被稱為“硅化木”。更為神奇的是,有些硅化木也具有變彩效應(yīng),而成為貴重的歐泊。

      不僅植物會歐泊化,某些遠古時期的動物體也能被二氧化硅替換并保留其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部特征,從而呈現(xiàn)出珍貴的變彩效應(yīng)。2014年11月的北京國際珠寶展上,一塊菊石化石十分引人注目。菊石是已滅絕的海洋無脊椎動物,菊石化石本來已經(jīng)非常珍貴,在它形成化石的過程中,竟然逐漸具有了歐泊的特征,難怪這塊歐泊化的菊石化石會如此搶眼。

      其實,歐泊可以分為很多種:白色的,為白歐泊;黑色、深灰、深藍的,為黑歐泊;橙色、紅色的,為火歐泊。

      歐泊的主要產(chǎn)地有澳大利亞、墨西哥、巴西等,其中以澳大利亞的黑歐泊、墨西哥的火歐泊較為著名。近年來,有人在秘魯采礦時發(fā)現(xiàn)了藍歐泊,還有人在巴西發(fā)現(xiàn)了綠歐泊,這些都屬于較新的品種。我國也有歐泊產(chǎn)出。除新疆之外,在浙江省南部的江山市,有學(xué)者在一處侏羅系火山巖的孔洞中發(fā)現(xiàn)了雞蛋大小的歐泊。研究后發(fā)現(xiàn),此處的歐泊因含有少量礦物方英石,使其密度、硬度、折光率等物理常數(shù)都比澳大利亞產(chǎn)的歐泊還要高。

      近幾年的珠寶市場上出現(xiàn)了一種有點另類的歐泊,其原產(chǎn)地是非洲的埃塞俄比亞,它的含水量很大,高達20%,看起來晶瑩透亮,甚是惹人喜愛??扇绻麑⑵浞胖迷陉柟庀拢^不了幾天就會變得干黃甚至開裂,這是由于歐泊內(nèi)部嚴重失水造成的。盡管這種歐泊的透明度較高,招人喜歡;但穩(wěn)定性極差,難以保存。雖然將其浸泡在水中,可以在某種程度上恢復(fù)其變彩效應(yīng),但寶石上的裂痕仍舊難以愈合。通常情況下,歐泊的含水量小于10%;但其含水量很不固定,長時間暴露在空氣中時,寶石幾乎都會逐漸失去內(nèi)部的水分,甚至慢慢出現(xiàn)一些細小的裂縫,從而變得脆弱。所以,歐泊需要特殊的保養(yǎng),不能在陽光下暴曬,也要盡量遠離火源。

      【責(zé)任編輯】趙 ?菲

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