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什么是包裹体?日光石如何长出彩虹?

来源:Derier蒂爵珠宝 发布:2021-10-15

  长石族宝石品种繁多,其中美貌者比比皆是,而且为人称道的是长石族宝石经常有着奇妙的特殊光学效应,比如月光石的月光效应和日光石的砂金效应,前者是月光石表面仿若柔润月光的晕彩,后者则是日光石中的金属薄片包体反射出的红色或金色的闪光。

  月光效应

  


  砂金效应

  


  温润的月光效应和闪耀的砂金效应,谁能想到两种视觉体验极其不同的特殊光学效应会集于某种宝石一身呢?

  有图为证

  


  然而一种被叫做虹彩晶格日光石的新兴宝石却让宝石君见证了大自然的奇妙,它不仅可以同时具有砂金效应和月光效应,还有着无比美丽的彩色格状构造:日光石内部呈格状构造的黑色和褐色的薄片状包裹体在日光下可以呈现出彩色,这也是虹彩晶格日光石名字的由来。

  是不是非常美丽呢?

  


  近日,我院大型仪器室的刘佳老师针对虹彩晶格日光石包裹体成分的研究论文被刊登在由英国宝石协会(FGA)创办的国际宝石学界权威杂志《The Journal of Gemmology》上。想要知道形成“虹彩晶格”的包裹体究竟是什么?下面就跟宝石君一起向刘佳老师寻求答案吧!

  


  论文原文封面

  本文基于刘佳等人发表于由英国宝石协会(FGA)创办的、国际珠宝行业和宝石学研究领域的权威专业期刊《The Journal of Gemmology》上的论文《Revisiting Rainbow Lattice Sunstone from the Harts Range, Australia》而做。

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  虹彩晶格日光石的“虹彩晶格”是什么意思?

  在太阳光下观察虹彩晶格日长石,转动晶体到合适的角度,可以看到晶体中颜色宛如彩虹的格子状构造,美丽而特别,这也是“虹彩晶格”这个名字的由来。通过研究发现这种格子状构造的形成,是因为薄片状包裹体在日光石内部的不同层面交错排布。从图片上看,我们可能会误以为薄片状磁铁矿只存在于虹彩晶格日光石的表面,其实从晶体靠近表面的地方到内部这种包体都存在。

  

反射光下可见彩虹格状构造


  反射光下可见彩虹格状构造  在实验室中观察虹彩晶格日光石的彩虹格状构造,需要使用合适角度的反射光;如果用透射光观察,是看不到彩虹格状构造的,只能看到薄片状包裹体的“本色”。

  

透射光下看不到彩虹格状构造


  透射光下看不到彩虹格状构造  2

  对虹彩晶格日光石的研究兴趣从何而来?

  首先虹彩晶格日光石美丽且特别,而且产量很少,这引起了老师的关注。虹彩晶格日光石不仅可以出现“砂金效应”和“月光效应”,最为神奇的是在太阳光下可以在晶体中看见宛若彩虹的格子状构造,这不禁再一次让人折服于大自然的奇妙无比。

  

实验所用样本


  实验所用样本  从科学理性的角度出发,探寻形成彩色格状构造的包裹体的成分,给美丽一个原因,给特别一个解释,就是我院老师所做的工作了。

  其次是因为虹彩晶格日光石1985年就被人们发现,但是学术界一直极少有人对这种宝石进行研究。只有1989年的一篇来源于GIA的文献认为形成“虹彩晶格”的包裹体是钛铁矿,但遗憾的是文献中没有提到明确的研究过程,只给出了一个结论。这说明关于形成彩色格状构造的包裹体成分的研究是不足的,对于该包裹体的深入研究在学术上是很有价值的。

  值得一提的是,刘佳老师的研究最终证实,形成彩色格状构造的包裹体并不是人们之前认为的钛铁矿,而是磁铁矿。

  

彩色格状构造,再欣赏一下~


  彩色格状构造,再欣赏一下~  彩虹晶格日光石的研究背后,存在着一个美丽的偶然。2017的3月份,珠宝学院的沈锡田教授在美国图桑矿物展上发现了虹彩晶格日光石,将其作为样品买回来研究。同时虹彩晶格日光石产地的矿主也非常希望学者可以多多关注自己的“宝贝”,便赠送了几粒样品给沈锡田老师。本来矿主只是单纯希望可以用实验室专业的仪器为虹彩晶格日光石拍出好看的照片,但是没想到珠宝学院的老师们深入研究后的成果和前人结论完全不一样,可以说十分惊喜了。

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  怎样确定虹彩晶格日光石中的包裹体是赤铁矿和磁铁矿?

  在虹彩晶格日光石中,形成“砂金效应”的包裹体是赤铁矿。赤铁矿包裹体的检测和鉴定比较容易,这是因为赤铁矿的拉曼光谱信号较强,无论包裹体离虹彩晶格日光石表面较近还是在内部深处,使用显微激光拉曼光谱仪都可以轻松检测出来。

  

形成“砂金效应”包裹体的拉曼光谱


  形成“砂金效应”包裹体的拉曼光谱  但是确定形成彩虹格状构造的包裹体是磁铁矿的过程就异常艰难。参考了前人结论,老师们一开始猜测形成彩色格状构造的包裹体是钛铁矿,钛铁矿和赤铁矿一样,拉曼光谱信号强,也易被拉曼光谱仪检测出来。但是用和检测赤铁矿一样的仪器条件,去测试形成格子构造的包裹体,却得到了一个疑似是方铁矿(氧化亚铁)的光谱。这是非常奇怪的,因为氧化亚铁是一种不稳定的物质,极难在自然条件下存在。

  带着疑惑,老师们又对虹彩晶格日光石样品做了成分的定性分析以及电子探针定量成分测试,最终确定虹彩晶格日光石中确实没有钛元素的存在,彻底否定了包裹体是钛铁矿的猜测。

  那形成彩色格状构造的包裹体究竟是什么呢?一个细节的发现让老师们找到了真相。他们发现每次进行显微激光拉曼光谱测试时,用激光照射形成彩色格状构造的包裹体后,包裹体上都会遗留一个小红点。这是因为激光能量太大了,把原有的包裹体转变成了磁铁矿和赤铁矿之间的过渡态,之前得到的光谱其实是这个过渡态的光谱,所以光谱库里也没有这种光谱,甚至差点以为是方铁矿的光谱。

  在降低照射包裹体的激光能量后,老师们最终测得包裹体的拉曼光谱符合磁铁矿的拉曼光谱,确定形成彩色格状构造的包裹体是磁铁矿。

  

形成彩色格状构造的包裹体的拉曼光谱


  形成彩色格状构造的包裹体的拉曼光谱  读者朋友们可能以为研究到这里就告一段落了,然而科研的严谨程度往往超乎大众想象。

  负责审核论文的编辑老师希望论文中除了对包裹体的拉曼光谱分析以外,还能提供对于包裹体磁性最直观的证明。老师们只好“忍痛”敲碎一块样品,用强磁铁吸引,包含黑色包体的小碎渣马上被吸附到强磁铁上面去了。直观的证明还不够,审核论文的学者又希望文章中能提供证明包裹体磁性的数据。因此老师们又去做了物质磁性的测试,得出了相关曲线结合前面一系列的测试证明这些包裹体是亚铁磁性矿物。

  

论文节选


  论文节选  经过这一番周折,老师们终于完美证明了形成彩色格状构造的包裹体是磁铁矿,科研的严谨与学者们的探索精神真是令人佩服!

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  为何国内市场少见虹彩晶格日光石?

  首先因为虹彩晶格日光石本身产量很少,它只在澳大利亚北部哈茨山脉很小的一片区域出产,而且通常和其他长石混在一起,需要工人手工挑选出来。据国外宝石学家介绍,原石极少数能够加工成具良好切割尺寸和优质的品质的宝石。

  

虹彩晶格日光石加工成的首饰


  虹彩晶格日光石加工成的首饰  其次是因为虽然虹彩晶格日光石早在1985年就被人发现,但是最近两年才在市场中出现,现在美国是这一宝石的最大市场,而中国则刚刚开始获取虹彩晶格日光石的资讯,国内消费者对它了解程度很低。

  同时用虹彩晶格日光石制成的首饰价格并不便宜,而且成品通常只经过大致抛光所以看起来很像矿物原石,老师猜测这或许不符合国内大部分消费者的审美。

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  对于虹彩晶格日光石,还要做哪些后续研究?

  刘佳老师提到目前这篇论文仅仅是对于虹彩晶格日光石包裹体成分的研究,还有更深入的内容没有涉及到,比如说不同种类的包裹体是如何进入虹彩晶格日光石的,以及包裹体的成因及相互转化过程。

  

磁铁矿包裹体厚度为纳米级


  磁铁矿包裹体厚度为纳米级  科研是永无止尽攀登一个又一个山峰的历程,遇到困难克服困难可以说是科研的常态。刘佳老师提到,在对虹彩晶格日光石进行更深入的研究时,面临的主要困难是样品不容易制取。深入研究用到的各类测试仪器一般都要求样品表面抛光极佳,但是虹彩晶格日光石中的包体脆性大,对样品表面抛磨时,包体很容易脱落;而且别看磁铁矿包体的长度和宽度肉眼可见,但是厚度却是纳米级的,一旦掉落就找不到了。而且由于包裹体太薄,如果做横截面的样品,包裹体出露面积太小,还是不方便测试。在此宝石君也祝福刘佳老师及其团队在多次尝试后,可以解决困难做出更具突破性的成果。


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