摘自中國湖南國際礦物寶石博覽會
礦物的螢光與磷光
在解釋礦物是如何發光之前,需要對礦物的發光性有一個客觀和科學的認識。
在常溫常壓下,處於穩定狀態的礦物並不會自主發光,僅能以反射或折射的方式改變環境中光線的傳播方向。例如:陽光散落在花崗岩鋪就的廣場上,地面上出現閃閃的亮光,是花崗岩中的雲母反射光線的結果;經過切割、打磨、拋光的鑽石,呈現出璀璨的火彩,是光線射入寶石後在寶石內部完成多次反射與折射的結果。
就像霓虹燈本身不會發光,只有接通電源,才能發出絢麗的光彩一樣,想要讓礦物發光,也需要施加某種外在能量,以激發礦物發光。礦物的發光性所描述的正是礦物在受到外界能量激發時,發出可見光的性質。
根據激發能量的供給方式不同,可將礦物的發光性分為不同的類型:通過紫外線、X射線或者伽馬射線照射激發礦物發光的現象稱為「光致發光」,通過加熱激發礦物發光的現象稱為「熱致發光」,通過機械摩擦激發礦物發光的現象稱為「摩擦發光」。
根據礦物在受激發後發光的存續時間,又將礦物所發出的光分為兩種:螢光與磷光。礦物受外界能量激發而發光,在激發能量撤走的瞬間發光即停止,這種發光現象稱為螢光;若在激發能量撤走時,發光並未即刻停止,而是持續一段時間才逐漸停止,這種發光現象稱為磷光。礦物的螢光是比磷光更常見的發光現象,螢光礦物不一定都有磷光,但有磷光礦物一定具有螢光。
讓礦物發光的「秘密武器」
研究人員一般選擇用紫外線來激發礦物螢光,以小型燈箱或電筒為主要搭載形式的紫外線光源。
用於激發礦物螢光的常用紫外線光源主要有兩種波長類型:波長365納米的長波紫外線和波長253.7納米的短波紫外線。同一種礦物在不同波長的紫外線激發下,發光現象往往有所不同,這種差異體現為螢光的顏色或強度。綜合同種礦物在兩種波長紫外線激發下的不同螢光特徵,可以為礦物的鑑定和研究提供更多有參考意義的信息。
走進礦物的螢光世界
在紫外線的激發下,對礦物的螢光進行觀察和記錄就像打開一扇全新的大門,門外是現實中的礦物世界,門內是「光怪陸離」的螢光世界。在礦物的螢光世界中,形形色色的礦物展示出比現實中更為紛繁奪目的色彩。
矽鋅礦
矽鋅礦,其化學成分是矽酸鋅(Zn2SiO4),矽酸鹽礦物,三方晶系。矽鋅礦是成名已久的螢光展示礦物。晶體形態為短柱狀,常見顏色為灰白、淺粉、淺棕與棕色。儘管本身晶體顏色暗淡平常,但矽鋅礦在長波紫外線下會發出鮮豔的綠色螢光。顆粒狀的淺色矽鋅礦與黑色鋅鐵尖晶石嵌生在灰白色方解石之中,在長波紫外線的激發下,矽鋅礦發出明亮的綠色螢光。
螢石
螢石是一種在同種礦物中表現出差異化螢光的常見礦物。螢石,化學成分氟化鈣(CaF2),鹵化物礦物,等軸晶系。作為在成礦作用末期形成的礦物,螢石的化學成分是比較穩定的,但其晶體結構中卻可以出現多種不同類型的色心(可使晶體致色的特殊結構缺陷)。這些色心不僅是使螢石擁有豐富顏色的結構基礎,同時也是其螢光色彩差異化的主要原因。
方解石
同一種礦物,在不同環境中形成的個體,可以呈現出完全不同的螢光。對很多礦物而言,螢光並非固定不變的性質,礦物的成分、結構的細微變化可能對礦物的螢光產生顛覆性的影響。
方解石是常見礦物,產地眾多,產狀豐富,它是碳酸鈣(CaCO3)的天然結晶,碳酸鹽礦物,三方晶系。不是所有的方解石都具有螢光,有一些方解石儘管自身顏色鮮豔,但在紫外線下卻沒有螢光;同時也有一些方解石能展示出不同顏色、不同強弱的螢光。螢光的色彩與方解石多變的晶形、產狀相結合,每一塊標本都給人留下深刻的印象。
金剛石
金剛石也具有差異化的螢光。金剛石,化學成分碳(C),單質元素礦物,等軸晶系。在高溫高壓的地下深處結晶的金剛石,晶體結構緊密,是世界上最硬的天然物質。達到寶石級的透明金剛石稱為鑽石。
在天然金剛石中,僅有小部分晶體無螢光,大部分晶體都可以發出螢光。金剛石常見的螢光顏色有藍白色、黃綠色、黃色、粉色、橙色等。同時,金剛石螢光的強弱也隨個體的不同有較大的差異。
礦物在特定激發條件下所發出的螢光,本質上是對礦物組成成分與晶體結構的反映。微量元素的種類與含量變化,結構缺陷的類型與存在比例,是礦物螢光顏色及強度差異化表現的直接原因。
通過對礦物螢光現象的觀察和記錄,能夠大致推斷礦物在組成成分與晶體結構方面的某些特徵。礦物的螢光,不僅能夠為礦物品種的鑑定提供線索,還能為礦物晶體的分類提供依據,甚至為人工晶體合成技術的完善提供方向。
瑰麗多彩的礦物螢光,向我們展示的不僅是礦物世界的另一面精彩,更是對礦物微觀差異化研究的無限可能!
特別提示:觀察礦物使用的紫外線,直射眼睛和皮膚是有害的,請讀者們務必在專業人士的指導下進行觀察和實驗,切勿自行嘗試!