欧泊变彩之谜

中国历史上著名的美玉——和氏璧，史书上称其为“岁星之精，坠于荆山，化而为玉，侧而视之色碧，正而视之色白”。意思是说，如果从不同的角度看它，会看到不同的颜色。这块大名鼎鼎的和氏璧到底是一种什么矿物呢？很遗憾，和氏璧后来下落不明，我们只能根据古人的描述来推测它的成分。有学者认为，和氏璧应该是一块白色的欧泊。
　　色彩之王 名不虚传
　　欧泊，又称蛋白石，由英文名称“Opal”音译而来，因其具有变幻莫测的色彩备受世人喜爱。
　　古罗马一位自然科学家曾赞美欧泊具有“红宝石般的火焰，紫水晶般的色斑，祖母绿般的绿海”。因此，也有学者认为，和氏璧不是欧泊，因为它的颜色变化一般只限于淡绿、白色，宝石转动时，颜色只会发生深浅变化;而欧泊更加别具一格，它可以在多种颜色之间来回变换，如淡蓝色、深蓝色、浓绿色、浓紫色等，是宝石家族中名副其实的“色彩之王”。
　　人们赞美欧泊“集宝石之美于一身”，是“神奇宝石中的皇后”“色彩的交响乐”“魔法世界来客”。自古以来，它一直被认为是“彩虹的化身”，象征着希望和幸运，能够给人们带来浪漫的爱情。如今的人们把欧泊奉为10月的生辰石，酷爱欧泊的澳大利亚人更是给了它很高的地位，将其尊奉为“国石”。
　　变彩效应 卓尔不群
　　宝石的颜色之所以绚丽多彩，有些是由于自身的矿物成分引起的，这叫“自色”;有些是由于矿物中混入了其他微量物质引起的，称为“他色”;还有些则是由于光的干涉、衍射等物理光学过程引起的，是一种“假色”。
　　在矿物学和宝石学中，欧泊这种特殊的变色现象被称为“变彩效应”，它属于假色的一种形式。在自然界中，有极少数的矿物由于晶格内存在着定向排列的细微包裹体，能够引起光线的变化，当从不同方向观察时，其颜色就会不同。具有这种特殊光学性质的宝石并不多见，主要就是长石类宝石，如月光石，以及蛋白石类宝石，如欧泊。
　　那变彩效应的原理是什么呢？学过物理学的人应该还记得，光学中有一种典型现象，叫衍射。其简单的实验是这样的：在光源和观察屏之间，放置一个中间有小孔的障碍物;由于光沿着直线传播，我们可以看到，观察屏上出现一个亮斑，如果不断地缩小孔的直径，观察屏上就会慢慢出现一个明暗相间的圆形光环。这是光波遇到障碍物时偏离原来的直线传播所造成的。这种能够利用衍射效应对光进行调制的仪器，就是光栅。
　　欧泊的矿物学名称叫“蛋白石”，其主要成分是含水的二氧化硅，化学表达式为SiO2·nH2O。二氧化硅晶体是以硅氧四面体作为基本结构单元，也就是说，硅原子的4个价电子与4个氧原子形成4个共价键，硅原子位于正四面体中心，4个氧原子位于正四面体的4个顶角上。在欧泊的结构中，这些二氧化硅就像是紧密堆积在一起的小球一样，在三维空间中规则排列;这些小球的直径约150～300纳米，小球之间还有很多空隙，充填着水和空气;这样的结构像是一个天然的三维光栅，当白色光线照射欧泊时，随着入射角的变化，不同波长的单色光就会不断发生衍射;于是，我们看到了五颜六色的彩光。
　　当然，不同的欧泊具有不同的变彩能力，这主要取决于欧泊中空隙的大小，空隙的大小则取决于球粒的直径。球粒的直径越大，它们彼此之间的空隙也越大，产生的颜色种类就越多。
　　回想一下，当我们拿起CD或DVD光盘时，来回变换不同的观察角度，是不是会看到光盘表面出现如同彩虹一般的颜色？这就是由于光盘表面均匀地排列着一系列的光轨，也形成了一种光栅，所以产生了光的衍射。欧泊的变彩效应其实是一样的道理。
　　成分简单 产地不多
　　虽然欧泊的物质成分非常简单，和石英、玻璃的主要成分类似;但并非所有的二氧化硅都能形成贵重的欧泊。一般来说，欧泊是由硅酸盐矿物分解产生的硅酸溶胶慢慢沉淀而成，常常在火山区的温泉沉积物中、火成岩的气孔或裂隙空洞中形成。
　　天山北麓，位于新疆维吾尔自治区吉木萨尔县的茫茫戈壁里，存在着一个五彩缤纷的世界，那里分布着一座座奇形怪状、颜色各异、绚丽多姿的孤立小山丘。有人在那里发现了木化石：几亿年前的高大树木被深埋地下，在地下水的作用下，周围的化学物质进入到树木内部，替换了原来的木制成分，但它们还保留着原来的木质形态，甚至是清晰的木质纤维构造。由于其中含有大量的二氧化硅，所以，这些化石被称为“硅化木”。更为神奇的是，有些硅化木也具有变彩效应，而成为贵重的欧泊。
　　
　　不仅植物会欧泊化，某些远古时期的动物体也能被二氧化硅替换并保留其内部结构和外部特征，从而呈现出珍贵的变彩效应。2014年11月的北京国际珠宝展上，一块菊石化石十分引人注目。菊石是已灭绝的海洋无脊椎动物，菊石化石本来已经非常珍贵，在它形成化石的过程中，竟然逐渐具有了欧泊的特征，难怪这块欧泊化的菊石化石会如此抢眼。
　　其实，欧泊可以分为很多种：白色的，为白欧泊;黑色、深灰、深蓝的，为黑欧泊;橙色、红色的，为火欧泊。
　　欧泊的主要产地有澳大利亚、墨西哥、巴西等，其中以澳大利亚的黑欧泊、墨西哥的火欧泊较为著名。近年来，有人在秘鲁采矿时发现了蓝欧泊，还有人在巴西发现了绿欧泊，这些都属于较新的品种。我国也有欧泊产出。除新疆之外，在浙江省南部的江山市，有学者在一处侏罗系火山岩的孔洞中发现了鸡蛋大小的欧泊。研究后发现，此处的欧泊因含有少量矿物方英石，使其密度、硬度、折光率等物理常数都比澳大利亚产的欧泊还要高。
　　近几年的珠宝市场上出现了一种有点另类的欧泊，其原产地是非洲的埃塞俄比亚，它的含水量很大，高达20%，看起来晶莹透亮，甚是惹人喜爱。可如果将其放置在阳光下，过不了几天就会变得干黄甚至开裂，这是由于欧泊内部严重失水造成的。尽管这种欧泊的透明度较高，招人喜欢;但稳定性极差，难以保存。虽然将其浸泡在水中，可以在某种程度上恢复其变彩效应，但宝石上的裂痕仍旧难以愈合。通常情况下，欧泊的含水量小于10%;但其含水量很不固定，长时间暴露在空气中时，宝石几乎都会逐渐失去内部的水分，甚至慢慢出现一些细小的裂缝，从而变得脆弱。所以，欧泊需要特殊的保养，不能在阳光下暴晒，也要尽量远离火源。
　　【责任编辑】赵 菲