歐泊變彩之謎

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，祖母綠般的綠海”。因此，也有學者認為，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、衍射等物理光學過程引起的，是一種“假色”。

在礦物學和寶石學中，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？學過物理學的人應(yīng)該還記得，光學中有一種典型現(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。

歐泊的礦物學名稱叫“蛋白石”，其主要成分是含水的二氧化硅，化學表達式為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。可如果將其放置在陽光下，過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。

【責任編輯】趙 ?菲