大自然的杰作

戚鳴+郭穎

說到晶體，其實我們并不陌生，生活中常見的水晶、食鹽、蔗糖、雪花、維生素C都是晶體。有的晶體較大，肉眼可見；有的則較小，要在放大鏡或顯微鏡下才能看見。在我們的科學課本中，就指導大家用顯微鏡觀察過食鹽、蔗糖、堿面、味精四種晶體的顆粒形狀。我們會發現，這四種晶體顆粒的形狀各不相同，但同種物質的顆粒都有大致相同而且規則的幾何形狀。所以，在有些人的印象里，仿佛晶體就是像水晶、食鹽一樣晶瑩剔透、質地純凈的固體。其實不然，自然界中的礦物晶體是色彩斑斕的，外觀更是多種多樣。而且天然的礦物，絕大多數都是以晶體狀呈現的。

那么，為什么晶體會有這樣的外形呢？它們眾多的特性因何而來？隨著研究的深入，越來越多晶體的秘密被人們發現。就請跟隨筆者一起來探索礦物晶體的奇妙世界吧！

什么樣的固體我們稱其為晶體呢？

晶體的結構有其特殊性，其內部質點在三維空間內會呈周期性重復排列，這種固體，我們就稱之為晶體。反之，如果物質內部質點在三維空間不成周期性重復排列的話，我們則稱之為“非晶體”。

舉個簡單的例子，水晶和玻璃的化學成分都是SiO2，通過對兩種物質內部結構的觀察發現，作為晶體的水晶，其內部具有規則的格子構造，而作為非晶體的玻璃，其內部的結構排列則雜亂無章。這就決定了水晶具有晶體的特殊性：一是有一定的幾何外形；二是有固定的熔點；三是有各向異性的特點。因此可以概括地說：晶體是具有格子狀構造的固體，或內部質點在三維空間成周期性重復排列的固體。

礦物晶體都長什么樣？

礦物晶體會具有一定的幾何外形，同一種礦物在自然條件下自由生長，所形成晶體的幾何外形是一定的，這是由晶體特殊的化學成分和晶體結構造成的。晶體的外形多種多樣，我們一般將其劃分為以下三種類型：

1.晶體沿一個方向延伸生長，形成柱狀、針狀、纖維狀等長條形的晶體。比如水晶、綠柱石、電氣石、金紅石等礦物，會長成柱狀晶體。

2.晶體沿平面內的兩個方向延展生長，形成板狀、片狀、鱗片狀等形態的晶體，如黑鎢礦、云母和石墨等。

云母是一種主要的造巖礦物，是片狀礦物的典型代表，因其具有連續層狀硅氧四面體格子構造，因此呈現出六方形的片狀晶形。其特性是絕緣、耐高溫，工業上用得最多的是絹云母，廣泛應用于涂料、油漆、電絕緣等行業。

3.晶體在空間內的三個方向上均勻發育，呈塊狀、粒狀等形態，如鉆石、黃鐵礦、石榴石等。

石榴石族的礦物是非常典型的三向等長的礦物，通常具有完好的晶形，常見的晶形有菱形十二面體、四角三八面體（單形名稱）以及上述二者的聚形。石榴石因形似石榴的果實而得名。

電氣石（俗稱碧璽）是典型的柱狀晶體，晶體表面發育有縱紋。碧璽顏色十分豐富，常見單個晶體上出現多種顏色。

綠柱石是典型的六方柱狀晶體，它是提煉鈹的主要礦物原料，色澤美麗者是珍貴的寶石，如祖母綠、海藍寶石。

五光十色從何而來？

晶體的顏色是對入射的可見光進行選擇性吸收后，透射和反射的各種可見光的混合色。不同的晶體具有不同的化學成分和格子構造，使得晶體對光的吸收存在很大差距，因此，我們看到的晶體是五彩繽紛的。晶體的顏色按其成因，分成三種類型：

自色：主要由礦物本身固有的化學成分和內部結構所決定，是礦物本身的顏色，例如橄欖石。

橄欖石的顏色是中到深的草綠色（略帶黃的綠色，亦稱橄欖綠），部分偏黃色（綠黃色）。橄欖石的致色因素就是其本身所含的鐵等化學成分，因而是一種自色礦物。它的顏色相對穩定，其色調主要隨含鐵量的多少而變化，含鐵量越高，其顏色就越深。

他色：指礦物因含外來帶色的雜質、氣液包裹體等所引起的顏色。他色礦物的顏色非常豐富、同種礦物的顏色變化也很大，是多彩礦物世界中最主要的部分，例如彩色剛玉。

剛玉屬他色礦物，剛玉的化學成分為Al203，純凈時無色，當微量的雜質元素（Fe、Ti、Cr、Mn、V）以等價離子或異價離子形式代替晶格中的Al3+，或以機械混入物的形式存在于晶體中時，不同的微量元素就會導致其呈現出不同的顏色，所以我們能看到剛玉寶石幾乎涵蓋了可見光光譜中的紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等所有顏色。

礦物晶體喜歡“抱團出現”

自然界中的礦物晶體往往不是單獨存在的，同種礦物的多個晶體生長在一起，以“礦物集合體”的形式產出，集合體的形態取決于其單個晶體的形態及集合方式。

如果我們用肉眼或借助放大鏡能分辨出礦物晶體的顆粒，那么這樣的集合體就是顯晶集合體。常見的顯晶集合體形態有柱狀、針狀、板狀、片狀等。特殊形態的集合體還有纖維狀集合體、放射狀集合體、晶簇等。

晶簇是指在巖石的空洞或裂隙中，叢生于同一基底、另一端朝向自由空間發育，并且具備完好晶形的簇狀單晶體群。較為常見的有石英晶簇、方解石晶簇、輝銻礦晶簇等。

假色：自然光照射在礦物表面或進入礦物內部，會產生反射、干涉、衍射、散射等物理光學效應，從而引起的礦物呈色，可以被理解成一種能夠看到卻并不是實際存在的光學現象。這種特殊光學效應的出現，使礦物晶體的顏色變得神秘莫測，如具有月光效應的月光石就是其中典型的一種。

月光石是一種比較常見的寶石礦物，是正長石（KAlSi3O8）和鈉長石（NaAlSi3O8）兩種成分層狀交互形成的，通常呈無色至白色，也可呈淺黃、橙至淡褐、藍灰或綠色，透明或半透明，具有特殊的月光效應（是指隨著晶體的轉動，在某一角度，人們可以見到晶體表面白至藍色的發光效應，似朦朧的月光）。這種效應的產生，是由于正長石中出溶有鈉長石，鈉長石在正長石晶體內定向分布，兩種長石的層狀隱晶平行相互交生，折射率稍有差異，于是能對可見光發生散射，當有解理面（礦物晶體在外力作用下嚴格沿著一定結晶方向破裂，并且能裂出光滑平面的性質稱為解理，這些平面稱為解理面）存在時，可伴有干涉或衍射，這種對光的綜合作用，使這種晶體的表面產生一種藍色的浮光。

小知識：礦物晶體可以長多大？

晶體生長的大小與其自身性質和形成的地質條件有關。通常情況下，礦物晶體由于受到空間限制，個體都不是很大，那么如果有足夠的空間與時間，晶體到底能長到多大呢？奈卡水晶洞是世界上最大的水晶洞穴，它位于墨西哥奇瓦瓦沙漠奈加山脈下305米深處。圖中長條的晶體是無水石膏晶體，這些半透明的巨型晶體長度達到了11米，重達55噸，非常巨大。

礦物晶體是天然形成的，是十分寶貴的不可再生資源。它們不僅稀有、奇特，也具有很高的科研和藝術價值，揭開它們的神秘面紗，能幫助人類深入探索地質作用以及物質組成的奧秘。

（責任編輯/齊敏）