董偉

礦物的熒光與磷光

在解釋礦物是如何發(fā)光之前，需要對礦物的發(fā)光性有一個客觀和科學(xué)的認(rèn)識。

在常溫常壓下，處于穩(wěn)定狀態(tài)的礦物并不會自主發(fā)光，僅能以反射或折射的方式改變環(huán)境中光線的傳播方向。例如：陽光散落在花崗巖鋪就的廣場上，地面上出現(xiàn)閃閃的亮光，是花崗巖中的云母反射光線的結(jié)果；經(jīng)過切割、打磨、拋光的鉆石，呈現(xiàn)出璀璨的火彩，是光線射入寶石后在寶石內(nèi)部完成多次反射與折射的結(jié)果。

就像霓虹燈本身不會發(fā)光，只有接通電源，才能發(fā)出絢麗的光彩一樣，想要讓礦物發(fā)光，也需要施加某種外在能量，以激發(fā)礦物發(fā)光。礦物的發(fā)光性所描述的正是礦物在受到外界能量激發(fā)時，發(fā)出可見光的性質(zhì)。

根據(jù)激發(fā)能量的供給方式不同，可將礦物的發(fā)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(fā)礦物發(fā)光的現(xiàn)象稱為“光致發(fā)光”，通過加熱激發(fā)礦物發(fā)光的現(xiàn)象稱為“熱致發(fā)光”，通過機(jī)械摩擦激發(fā)礦物發(fā)光的現(xiàn)象稱為“摩擦發(fā)光”。

根據(jù)礦物在受激發(fā)后發(fā)光的存續(xù)時間，又將礦物所發(fā)出的光分為兩種：熒光與磷光。礦物受外界能量激發(fā)而發(fā)光，在激發(fā)能量撤走的瞬間發(fā)光即停止，這種發(fā)光現(xiàn)象稱為熒光；若在激發(fā)能量撤走時，發(fā)光并未即刻停止，而是持續(xù)一段時間才逐漸停止，這種發(fā)光現(xiàn)象稱為磷光。礦物的熒光是比磷光更常見的發(fā)光現(xiàn)象，熒光礦物不一定都有磷光，但有磷光礦物一定具有熒光。

讓礦物發(fā)光的“秘密武器”

研究人員一般選擇用紫外線來激發(fā)礦物熒光，以小型燈箱或電筒為主要搭載形式的紫外線光源。

用于激發(fā)礦物熒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(fā)下，發(fā)光現(xiàn)象往往有所不同，這種差異體現(xiàn)為熒光的顏色或強(qiáng)度。綜合同種礦物在兩種波長紫外線激發(fā)下的不同熒光特征，可以為礦物的鑒定和研究提供更多有參考意義的信息。

走進(jìn)礦物的熒光世界

在紫外線的激發(fā)下，對礦物的熒光進(jìn)行觀察和記錄就像打開一扇全新的大門，門外是現(xiàn)實中的礦物世界，門內(nèi)是“光怪陸離”的熒光世界。在礦物的熒光世界中，形形色色的礦物展示出比現(xiàn)實中更為紛繁奪目的色彩。

硅鋅礦

硅鋅礦，其化學(xué)成分是Zn2SiO4（硅酸鋅），硅酸鹽礦物，三方晶系。硅鋅礦是成名已久的熒光展示礦物。晶體形態(tài)為短柱狀，常見顏色為灰白、淺粉、淺棕與棕色。盡管本身晶體顏色暗淡平常，但硅鋅礦在長波紫外線下會發(fā)出鮮艷的綠色熒光。顆粒狀的淺色硅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(fā)下，硅鋅礦發(fā)出明亮的綠色熒光。

螢石

螢石是一種在同種礦物中表現(xiàn)出差異化熒光的常見礦物。螢石，化學(xué)成分CaF2（氟化鈣），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(xué)成分是比較穩(wěn)定的，但其晶體結(jié)構(gòu)中卻可以出現(xiàn)多種不同類型的色心（可使晶體致色的特殊結(jié)構(gòu)缺陷）。這些色心不僅是使螢石擁有豐富顏色的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，同時也是其熒光色彩差異化的主要原因。

方解石

同一種礦物，在不同環(huán)境中形成的個體，可以呈現(xiàn)出完全不同的熒光。對很多礦物而言，熒光并非固定不變的性質(zhì)，礦物的成分、結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化可能對礦物的熒光產(chǎn)生顛覆性的影響。

方解石是常見礦物，產(chǎn)地眾多，產(chǎn)狀豐富，它是CaCO3（碳酸鈣）的天然結(jié)晶，碳酸鹽礦物，三方晶系。不是所有的方解石都具有熒光，有一些方解石盡管自身顏色鮮艷，但在紫外線下卻沒有熒光；同時也有一些方解石能展示出不同顏色、不同強(qiáng)弱的熒光。熒光的色彩與方解石多變的晶形、產(chǎn)狀相結(jié)合，每一塊標(biāo)本都給人留下深刻的印象。

金剛石

金剛石也具有差異化的熒光。金剛石，化學(xué)成分C（碳），單質(zhì)元素礦物，等軸晶系。在高溫高壓的地下深處結(jié)晶的金剛石，晶體結(jié)構(gòu)緊密，是世界上最硬的天然物質(zhì)。達(dá)到寶石級的透明金剛石也稱為鉆石，是稀少且貴重的寶石。

在天然金剛石中，僅有小部分晶體無熒光，大部分晶體都可以發(fā)出熒光。金剛石常見的熒光顏色有藍(lán)白色、黃綠色、黃色、粉色、橙色等。同時，金剛石熒光的強(qiáng)弱也隨個體的不同有較大的差異。

礦物在特定激發(fā)條件下所發(fā)出的熒光，本質(zhì)上是對礦物組成成分與晶體結(jié)構(gòu)的反映。微量元素的種類與含量變化，結(jié)構(gòu)缺陷的類型與存在比例，是礦物熒光顏色及強(qiáng)度差異化表現(xiàn)的直接原因。

通過對礦物熒光現(xiàn)象的觀察和記錄，能夠大致推斷礦物在組成成分與晶體結(jié)構(gòu)方面的某些特征。礦物的熒光，不僅能夠為礦物品種的鑒定提供線索，還能為礦物晶體的分類提供依據(jù)，甚至為人工晶體合成技術(shù)的完善提供方向。

瑰麗多彩的礦物熒光，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，請讀者朋友們務(wù)必在專業(yè)人士的指導(dǎo)下進(jìn)行觀察和實驗，切勿自行嘗試！

知識鏈接? “肚子”里面會發(fā)光的礦物

不僅礦物晶體本身可能具有熒光，有些礦物內(nèi)部的特殊包裹體也能發(fā)出熒光。特別是對于自身沒有熒光的透明礦物而言，其內(nèi)部包裹體的熒光將表現(xiàn)得愈加醒目。

“油膽水晶”是對包裹有混合烴類液態(tài)有機(jī)物包裹體水晶的統(tǒng)稱。在正常光照條件下，這些水晶中的包裹體呈無色-灰白色-淺黃色；在長波紫外線的激發(fā)下，則發(fā)出明亮的藍(lán)白色或橙黃色熒光。