望星空觀滄海斗轉(zhuǎn)萬年

一、歐泊寶石的歷史變遷

歐泊是世界上最珍貴的寶石之一，英文名Opal，來自拉丁名Opalus。1912年美國珠寶商協(xié)會(huì)制定生辰石列表，將歐泊設(shè)定為十月的生辰石，是希望與安樂之石，象征著美好、幸運(yùn)與能量。

歐泊作為貴重寶石使用在歐洲已有2000多年的歷史。歐泊最早產(chǎn)出于匈牙利（現(xiàn)位于捷克斯洛伐克）境內(nèi)，喀爾巴阡山脈的南部地區(qū)。公元前一世紀(jì)左右，古希臘人稱歐泊為Opallios，意為顏色的轉(zhuǎn)換，相信其具有預(yù)見未來的能力。古羅馬帝國時(shí)期，歐泊深受元老與貴族的喜愛；古羅馬人稱其為“丘比特之石”，象征彩虹，為擁有者帶來美好的未來。公元75年，古羅馬自然科學(xué)家蓋烏斯·普林尼·塞孔都斯（Gaius Plinius Secundus）在其著作《自然史》中描述：“在一塊寶石上，可以看到紅寶石的火焰、紫水晶的光芒、祖母綠的海洋，渾然一體、五彩繽紛，真是美不勝收。”

在歐洲的文化發(fā)展歷史中，歐泊以其絢麗而靈動(dòng)的外觀，一直為皇室與貴族所珍愛。英國文藝復(fù)興時(shí)期的劇作家與詩人威廉·莎士比亞（1564年—1616年）在《第十二夜》中這樣對它描述：“這種奇跡就是寶石中的皇后”。 法蘭西第一帝國締造者拿破侖·波拿巴（1769年—1821年）送給皇后約瑟芬一條歐泊項(xiàng)鏈，名為“燃燒的特洛伊”。英國維多利亞女王（1819年—1901年）也將歐泊珠寶送給自己的五個(gè)女兒珍藏。

現(xiàn)今歐泊寶石的主要產(chǎn)地為澳大利亞、非洲埃塞俄比亞和南美洲墨西哥。其中澳大利亞所產(chǎn)歐泊寶石占世界產(chǎn)量的90%以上，成為最重要的出產(chǎn)國。100多年以前，澳大利亞歐泊尚未發(fā)現(xiàn)時(shí)，當(dāng)?shù)赝林延嘘P(guān)于它的傳說，歐泊被看作是彩虹的影子，是彩虹降落到大地上所形成，人們稱其為\"彩虹之石\"。每當(dāng)泥石流過后，就有可能發(fā)現(xiàn)這些閃閃發(fā)光的美麗石頭。1840年，德國地質(zhì)學(xué)家約翰尼斯·曼奇在澳大利亞南澳首府阿德萊德附近的安加斯頓發(fā)現(xiàn)了綠色歐泊，由此開啟了澳大利亞歐泊在珠寶發(fā)展史上的歷史進(jìn)程。

1954年，澳大利亞政府將產(chǎn)于南澳200多克拉的水晶歐泊鑲嵌成項(xiàng)鏈，送給了英聯(lián)邦元首伊麗莎白二世（1926年—2022年），這顆碩大的寶石也被稱為“女王歐泊”（圖1）。 1993年，澳大利亞政府將歐泊定為國石，簡稱\"澳寶\"。其絢麗的變彩效應(yīng)成為希望的象征，代表了幸運(yùn)與魔力。

二、歐泊呈色的光學(xué)原理

歐泊的礦物學(xué)名為蛋白石，其化學(xué)分子式SiO2·nH2O，為二氧化硅（SiO2）水合礦物，部分品類可呈現(xiàn)瑰麗多變的色彩，為結(jié)構(gòu)性變彩效應(yīng)。摩氏硬度約為5～6.5，折射率約為1.40～1.45，密度約為1.8～2.15g/cm3，為非均質(zhì)體。與彩色寶石礦物元素致色原理不同，歐泊寶石呈現(xiàn)的變彩為光柵結(jié)構(gòu)所致，內(nèi)部無數(shù)二氧化硅小球形成天然的立體光柵結(jié)構(gòu)，與小球之間的空腔以及吸附的水分子共同作用，引發(fā)光線的干涉與衍射，從而形成如彩虹般絢麗的變彩，被稱為上帝的調(diào)色板。

并非所有的歐泊都具有變彩效應(yīng)，不同產(chǎn)地的歐泊變彩效果也有所不同。澳大利亞歐泊多具有變彩效應(yīng)，折射率約為1.44～1.45，密度約為2.15g/cm3，含水量約為4%～9%；其折射率與密度在三大歐泊產(chǎn)地中是最高的，或可以解釋為色彩亮度高的原因。墨西哥歐泊多呈現(xiàn)橙紅色體色或是無色，多數(shù)變彩效應(yīng)不明顯，密度低一些，為2.0g/cm3左右，折射率為1.37～1.42，含水量約為5%～10%；埃塞俄比亞歐泊多具有變彩效應(yīng)，但其含水量最高，可達(dá)10%～20%，因含水量高被稱為水歐泊；其密度值最低，為1.8～1.9g/cm3，折射率約為1.42，其結(jié)構(gòu)疏松容易導(dǎo)致吸水或失水，對寶石結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與變彩效應(yīng)都極為不利。三者對照后規(guī)律為：（密度）澳大利亞gt;墨西哥gt;埃塞俄比亞；（折射率）澳大利亞gt;埃塞俄比亞gt;墨西哥；（含水量）埃塞俄比亞gt;墨西哥gt;澳大利亞。

澳大利亞歐泊（圖2）屬于非晶態(tài)Opal-A 型蛋白石，其結(jié)構(gòu)中二氧化硅小球直徑通常在 125～300nm（納米）之間，在空腔結(jié)構(gòu)以及吸附或間隙水分子的共同作用下，可以出現(xiàn)全光譜色或單色的變彩效應(yīng)；通常變彩效應(yīng)越強(qiáng)烈，歐泊的品質(zhì)以及價(jià)值就越高。其呈色原理主要包括兩個(gè)方面因素。首先，二氧化硅小球直徑與分解光譜的關(guān)聯(lián)性。小球直徑370～460nm出現(xiàn)橙紅色衍射光；小球直徑160～200nm出現(xiàn)藍(lán)紫色衍射光；小球直徑220～360nm可出現(xiàn)全光譜色衍射光；小球直徑小于150nm，基本不產(chǎn)生衍射光，可成為透明的歐泊；小球直徑相差很大，雜亂無章排列則無光衍射作用，成為普通蛋白石。

其次，二氧化硅小球以立方體或六方體的三維光柵結(jié)構(gòu)排列，其空腔結(jié)構(gòu)以及空腔中的水分子共同對光產(chǎn)生衍射作用。由于小球的排列方式不同，空腔結(jié)構(gòu)出現(xiàn)八面體和四面體結(jié)構(gòu)兩種類型，共同構(gòu)成了光衍射的立體光柵結(jié)構(gòu)。當(dāng)空腔結(jié)構(gòu)間距達(dá)到138nm時(shí)紫色光出現(xiàn)，達(dá)到241nm時(shí)紅色光出現(xiàn)；而空腔間距達(dá)到138nm-241nm區(qū)間時(shí)，可允許白光中所有的單色光通過，產(chǎn)生全光譜色衍射效應(yīng)；當(dāng)二氧化硅小球直徑數(shù)值變小，空腔的間距也會(huì)相應(yīng)縮短，可允許通過的光譜色幅寬也會(huì)變窄。

澳大利亞歐泊內(nèi)部二氧化硅小球多呈現(xiàn)層狀分布排列方式，每一層的排列并不十分整齊，形成所謂的層間缺陷。同一切面上二氧化硅球體群因?qū)娱g缺陷，以及空腔結(jié)構(gòu)與方向上的微小差異，形成不同的疇區(qū)，疇區(qū)的差異性使光線入射角度發(fā)生改變，因而衍射出的色彩迥異。澳洲歐泊的衍射光形態(tài)多表現(xiàn)為二維片狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，邊緣或是清晰；或是因?yàn)楫爡^(qū)交界處衍射光發(fā)生混合與干涉現(xiàn)象，而產(chǎn)生較模糊的邊界。色彩多綠色、藍(lán)色與紫色，而紅橙色少見。

墨西哥與埃塞俄比亞歐泊都屬于微晶態(tài)Opal-CT 型蛋白石，含有低溫鱗石英和方石英。內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出有序晶態(tài)到無序玻璃態(tài)過渡的特征，為二氧化硅球粒與粒狀單斜鱗石英及少量方石英聚集而成。歐泊變彩的強(qiáng)弱與結(jié)晶程度有密切相關(guān)性，隨著地質(zhì)時(shí)間推移，非晶態(tài)蛋白石將向著結(jié)晶度差、結(jié)晶度較好與結(jié)晶度好的粒狀石英轉(zhuǎn)變。墨西哥歐泊因其體色多呈橙紅色，又被稱為火歐泊，體色源自納米級Fe3+（正三價(jià)鐵離子）針狀氧化物顆粒的光吸收結(jié)果。其內(nèi)部二氧化硅近球形顆粒直徑約25-50nm，隨機(jī)堆積形成再生二氧化硅微粒后有序排列組合，微粒為不均相，代表著二氧化硅膠體溶液沉淀的原始形態(tài)。新的組合形式讓部分二氧化硅微粒具有了強(qiáng)變彩效應(yīng)，變彩呈現(xiàn)立體形態(tài)，且靈動(dòng)多變，絲狀、片狀與點(diǎn)狀色彩隨歐泊的轉(zhuǎn)動(dòng)或觀測角度改變而迅速變換，色彩瞬間游移讓人目不暇接。多數(shù)火歐泊變彩效果不明顯或無變彩，部分歐泊還會(huì)以刻面琢形來增強(qiáng)寶石的光感。埃塞俄比亞歐泊二氧化硅小球直徑約為20～70nm，排列方式呈階梯片層狀，并形成團(tuán)聚體，其空腔結(jié)構(gòu)與間隙水能夠有效產(chǎn)生光的衍射作用，色彩呈三維立體效果，紅色、黃色與綠色較多，藍(lán)紫色少見，此特征與澳洲歐泊相反。

微晶態(tài)Opal-CT 型蛋白石相對于非晶態(tài)Opal-A 型蛋白石來說，二氧化硅小球的直徑更小，難以有效形成光柵結(jié)構(gòu)對光產(chǎn)生衍射作用；而弱結(jié)晶的方式，將小球堆積在一起形成微晶態(tài)團(tuán)聚體，通過有序的排列組合來達(dá)到對光譜色的衍射作用。不管是前者還是后者，對于歐泊寶石來說，一切色彩都是光的魔術(shù)；如夜空中璀璨的星光，展現(xiàn)了自然的神奇。

三、澳大利亞歐泊的產(chǎn)地特性

歐泊按形成機(jī)制分兩大類：一類是火山巖類歐泊（Volcanictypeopals），另一類是沉積巖類歐泊（Sedimentary-typeopals）。前者是低溫?zé)嵋夯顒?dòng)的產(chǎn)物，后者是沉積巖作用的產(chǎn)物。墨西哥歐泊屬于火山巖類歐泊，澳洲歐泊多為沉積巖歐泊，體色多樣，以體色為灰黑色的黑歐泊最為獨(dú)特與珍貴。澳洲沉積巖歐泊是在表生環(huán)境下，由硅酸鹽礦物風(fēng)化后產(chǎn)生的二氧化硅膠體溶液凝聚而成，是億萬年特殊地質(zhì)環(huán)境下的產(chǎn)物。

根據(jù)地球板塊構(gòu)造理論，澳大利亞大陸主體由岡瓦納古陸發(fā)展而來。三疊紀(jì)晚期岡瓦納古陸（包含澳大利亞、非洲、南極洲、印度）內(nèi)部出現(xiàn)分裂，澳大利亞板塊受到左旋剪應(yīng)力作用發(fā)育出系列斷裂帶，向東北漂移過程中，受東部大洋板塊俯沖影響，板塊東部發(fā)生造山運(yùn)動(dòng)。此后的侏羅紀(jì)（Jurassic）與白堊紀(jì)（Cretaceous）時(shí)期，在板塊運(yùn)動(dòng)與海底擴(kuò)張的共同作用下，大陸內(nèi)部地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了一系列的褶皺、斷裂與熱沉降運(yùn)動(dòng)，快速沉降對盆地的形成起到關(guān)鍵作用。大陸東部地區(qū)進(jìn)入泛沉降盆地階段，形成了廣泛的克拉通盆地，如埃羅曼加（Eromanga）盆地。白堊紀(jì)（Cretaceous）早中期的瓦蘭今階（Valanginian）到土倫階（Turonian）時(shí)段，約135 Ma —92Ma， 全球溫度逐漸升高，從涼溫室氣候狀態(tài)逐漸進(jìn)入熱溫室氣候狀態(tài)。海岸線地區(qū)交替出現(xiàn)海平面的抬升與后退，那時(shí)的大自流盆地區(qū)域被埃羅曼加的淺海所覆蓋，氣候在溫濕與炎熱干燥之間交替轉(zhuǎn)換，與今天大不相同。所有跡象表明，這一現(xiàn)象與大自流盆地的形成有著緊密的連接性。

澳大利亞歐泊礦床在地理分布上幾乎都與大自流盆地有關(guān)（圖3）；這一特殊地質(zhì)、地貌環(huán)境對歐泊的形成顯得尤為重要。歐泊主要產(chǎn)于大自流盆地內(nèi)部或沿盆地邊緣分布的白堊紀(jì)砂巖和黏土層單元中。歐泊研究者們提出了多種形成理論，包括風(fēng)化理論、微生物理論和同構(gòu)造理論，近期又提出了氧化還原（redox）理論，根據(jù)這一理論的設(shè)想，大膽地提出一個(gè)假設(shè)概念：在三疊紀(jì)早期，岡瓦納古陸還沒有完全分離，地殼運(yùn)動(dòng)過程中火山活動(dòng)頻發(fā)，產(chǎn)出了一定數(shù)量的火山巖類歐泊，在地表徑流的作用下，被帶到了大自流盆地的內(nèi)部以及邊緣地區(qū)。侏羅紀(jì)與白堊紀(jì)時(shí)期的地質(zhì)沉降運(yùn)動(dòng)，使其沉入埃羅曼加海海底，被新生代富含鐵和有機(jī)物的沉積物所覆蓋，并在缺氧環(huán)境中保存了下來。白堊紀(jì)晚期（約97 Ma—60 Ma），澳大利亞經(jīng)歷了廣泛的酸性氧化與風(fēng)化的地質(zhì)氣候環(huán)境。100多萬年的時(shí)間里，埃羅曼加海緩慢干涸與風(fēng)化的過程極不尋常，長時(shí)間的風(fēng)化作用形成了前歐泊氧化態(tài)（opalized redox front），后在地下水的作用下成為二氧化硅水溶液，通過水循環(huán)的沉淀作用，凝結(jié)于鐵質(zhì)的黏土巖與泥質(zhì)的砂巖，或充填于巖石裂隙中，或侵入動(dòng)植物化石（圖4），再經(jīng)過周圍環(huán)境的壓力作用與地質(zhì)影響后，充分凝聚而成。

澳洲歐泊是漫長時(shí)空變遷與地質(zhì)活動(dòng)的產(chǎn)物，記錄了遠(yuǎn)古大陸的歷史，也見證了地球生命的輝煌。從洪荒時(shí)代走來，歷滄海與桑田，容星辰與大海。成因的偶然性與苛刻性，讓優(yōu)質(zhì)的頂級歐泊一石難求。這或許就是歲月沉淀的痕跡，展露著光影的秘語，成為這顆藍(lán)色星球的美麗傳奇。

張明 南京傳媒學(xué)院副教授

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