【金綠寶石的多種面貌】

安樂發表於 2013-10-22 13:50:43

【金綠寶石的多種面貌】
 
金綠寶石是一種鈹鋁氧化物(BeAl2O4)的礦物，經常成形在結晶花岡岩的岩脈中，亦會出現在偉晶岩脈裡變質岩雲母片岩和大理石裡，其斜方晶系的晶體經常出現雙晶和凹角。
 金綠寶石的名字來自於它所含的化學元素鈹Be (beryllium)，綠柱石礦物也是由這個很輕的化學元素組成，除了鈹元素這個共通點，這兩種不同的礦物就沒其他的關連性了。
 
大多數的金綠寶石被發現在次生礦床而且多呈現砂礫圓形卵石的形態。
 
由於礦物具有很高的硬度8.5，無解理的特性也使它被歸為堅固抗損的寶石之一。
 簡單的化學成份和晶體結構只能讓很小的原子替代，而且折射率值和密度的變化範圍很小，折射率為na 1.74 – 1.75和ng 1.75-1.757，密度3.70 - 3.75公克╱立方公分。
 
圖1呈現了金綠寶石的各種晶體形狀以及其顏色範圍。
 

 
圖1. 圖中為不同顏色和現象的金綠寶石，並可看到一些原石有連晶和內凹角的天然現象。(Photo © H.A.Hänni)
 金綠寶石是鈹鋁氧化物的結晶，當鐵離子Fe3+、鉻Cr3+、釩V3+和鈦Ti 4+這些微量元素代替了鋁Al3+，能讓金綠寶石展現出各種不同的顏色。
 
成份裡也經常發現錫Sn和鎵Ga元素的存在，但這兩種元素並沒有給予任何色彩上的影響。
 
金綠寶石至今發現五個品種。他們各有不同的名字如下：
 金綠寶石(Chrysoberyl)，無色至黃色和棕褐色，透明。
 金綠寶石貓眼(Chrysoberyl cat’s eye，或直稱「貓眼」)，黃色到棕褐色和帶綠色，半透明。
 亞歷山大石(Alexanrite，或直稱「變石」)，藍-綠色，具顏色變化，透明。
 亞歷山大石貓眼(Alexanrite cat’s eye，或稱「貓眼變石」)，藍-綠色，顏色改變，半透明釩金綠寶石(V-chrysoberyl)，淡藍-綠色，透明。
 嚴格講起來金綠寶石是無色的，但通常為黃色，微量元素鐵讓它帶綠到褐色調。
 主要的產地來源是在斯里蘭卡、辛巴威、巴西、馬達加斯加、坦桑尼亞。
 內部包裹體發現有鋯石、磷灰石、細密的管狀物和癒合裂隙(指紋狀物)。
 最近，我們遇到熱處理的綠黃色金綠寶石(圖 2)。
 它們包含圓盤狀和強烈的張力裂縫的內含物，這類似於其他熱處理過的寶石，如紅寶石、藍寶石、翠榴石等等。
 

 
圖2. 以熱處理增色的刻面金綠寶石，圖中最大的寶石有5克拉重。(Photo © H.A.Hänni)
 貓睛光現象是數以千計非常細緻且平行排列的纖維內含物，以垂直內含物排列的方向磨成弧面形狀，在反光下出現的線條會發出似貓眼般的光芒，纖維內含物密度越低，眼線就會越不明顯，其透明度則相對的較高。
 金綠寶石貓眼總是打磨成凸圓面狀，圓頂越高眼線就越銳利。
 「牛奶和蜂蜜-奶蜜」是一個常用來描述理想中貓眼顏色的術語，意味著一半的凸圓形是乳白色，另一半是透明的黃棕色(圖3)。
 

 
圖3. 46克拉的貓眼展現出強烈的貓睛光現象。(Photo © H.A.Hänni)
 金綠寶石星石(4線)也就是兩個交叉線產生的星石現象相當罕見，貓眼的主要產出來源有斯里蘭卡、辛巴威、巴西、馬達加斯加及坦桑尼亞，和透明的品種相同。
 在1997年傳出有報導說巧克力-棕色的貓眼被發現具有放射性，事實上這些寶石是經過人工輻射處理而得其體色。有數種黃色調的天然寶石材料也會展現出貓睛光現象，是值得一提的模仿品，例如石英(quartz)、綠柱石(beryl，或稱六柱石)、方柱石(scapolite)、磷灰石(apatite)。
 此外也有仿品像是纖維玻璃(fibre-glass)的人造貓眼(圖10,11)，或像以石英和硼酸鈉方解石(ulexite，俗稱電視石)黏合的二層石所模擬的貓眼(圖12,13)。
 亞歷山大石是金綠寶石中最具價值的品種(圖4)。
 鉻元素使亞歷山大石致色。
 

 
圖4. 一顆產自斯里蘭卡7.52克拉的亞歷山大石有著極佳的變色現象，此圖能看出明顯的多向色性，而多向色性的特色有時容易和變色現象搞混。(Photo © H.A.Hänni)
 我們知道，鉻元素是使祖母綠(綠色)和紅寶石(紅色)致色的要素。
 
在金綠寶石晶體的晶格裡，鉻正三價Cr3+引起在570納米的吸收，在吸收光譜分光光度的記錄中(圖5)，可看出紅寶石、亞歷山大石和祖母綠具有很高的相似度。
 
亞歷山大石所處的位置正介於祖母綠和紅寶石之間。
 

 
圖5. 此圖表為三種寶石裡鉻元素吸收光譜的比較，主要吸收峰由下而上，依祖母綠至紅寶石由右往左推移，該吸收峰譜為致色的因素，亞歷山大石的吸收正好處於祖母綠及紅寶石兩者的中間位置，吸收在570nm處，取得一個冷色調和暖色調的色彩平衡點，因此在不同光源的供應下使亞歷山大石有其特殊的色彩外觀。(Photo © H.A.Hänni)
 接著就論及在光譜色組成的光源下，寶石呈現藍-綠色或紅色。
 在冷光下，如日光或人工冷光源，亞歷山大石呈現藍-綠色。
 這段光的波長較短集中在像紫色、藍色和綠色。在暖光源，如白熾燈光下的寶石呈現紅紫色，這段光波縈繞在黃色和紅色。
 這種色彩變化的不僅是取決於鉻的質量同時也受到晶格排列的影響。
 由於有兩個不同的鋁元素而可能會被鉻所佔用，這端看Cr3+離子對這兩個位子的配置，顏色變化的表現也是要憑晶體切割來決定振動方向所顯示的顏色變化。
 評價顏色變化質量最重要的是，要在兩個不同的光源下進行：暖光源以及冷光源。
 在各大鑑定單位的標準下，具有明顯變色現象的才會被定為亞歷山大石。
 成份中即使是含有微量鉻元素，若無法顯示出變色現象的，只會被歸類為金綠寶石。
 在一本值得一讀的新書(Schmetzer, 2010)中論述到俄羅斯產的亞歷山大石(圖6)，可做為進一步的參考。
 這個原先來自俄羅斯品種的金綠寶石，以沙皇亞歷山大二世授與殊名，進一步的出處來源，有其各方面的可能各有關連性的觀點。
 

 
圖6. 一件來自俄羅斯烏拉山Malischewo的亞歷山大石集合體包覆著雲母礦母岩，晶體顯示環狀連晶和凹穴的特徵，樣品的長度大約3公分。(Photo © H.A.Hänni)
 斯里蘭卡的亞歷山大石通常帶有內部包裹體，顏色變化從卡其色到棕褐色，很少有例外。
 產自辛巴威Novello的亞歷山大石通常是偏暗紫色，且顯現較弱的顏色變化。
 坦桑尼亞Lake Manyara, Tunduru的材料色調較淡，並可能表現出中度至好的變色效果。
 巴西Hematita所產的色彩飽和度高，藍的主色調能變色至紫色。
 印度Orissa所產的有些相當具有吸引力。緬甸的亞歷山大石曾被報導過，但筆者至今尚未見到過。
 亞歷山大石是一種昂貴的寶石，因此註定是會被仿製或生產合成寶石。
 助熔劑法合成金綠寶石晶體於1960年代出現在市場上，爾後來自俄羅斯和日本製造的拉晶法也陸續出現在寶石市場。最老式的亞歷山大石仿品，是取凡努爾法合成剛玉在製程中摻入釩。
 許多遊客在假期間到埃及的亞歷山大港旅遊時，常被誤導去買合成亞歷山大石。
 亞歷山大石的仿品中也出現被確定為摻入鉻元素的合成橄欖石或稀土元素的人工玻璃；會變色的柘榴石也會被誤認為亞歷山大石。  
來自巴西的亞歷山大石貓眼是金綠寶石的另一個品種，既美麗又稀有，從之我們認識到，金綠寶石兩種可能的現象就是：貓睛光現象(chatoyancy)和變色現象(change of colour)。
 金綠寶石很容易從它的內部包裹體來做確認，面紗狀的液包體頻繁地出現在俄羅斯的亞歷山大石裡，有些會出現二相包裹體(圖7)。
 

 
圖7.在俄羅斯烏拉山區產出的亞歷山大石裡所觀察到的液包體，較大的鋸齒狀包體裡顯示出在液態二氧化碳CO2的氣泡。
 
此為顯微鏡下60倍放大攝影。( Photo © H.A.Hänni)
 助溶劑生長晶體裡的網狀熔劑殘留物，和上述的面紗狀液包體十分相似。
 
其包含的指紋狀物其實是很細的熔劑聚合顆粒(圖8)。
 

 圖8. 在合成亞歷山大石裡類似面紗狀的助熔劑殘留物。
 
此為顯微鏡下30倍放大攝影。(Photo © H.A.Hänni)
 薄層狀色域可能出現在助熔劑生長法的晶體中，但不會出現在提拉法(Czochralski)的晶體。
 天然金綠寶石往往非常純淨，在實驗室中以紅外光譜檢測進行判別，以能量分散型螢光分析儀和耦合電漿質譜儀分析微量元素，天然的亞歷山大石可測出明顯的微量元素鈦、鎵、鋅，這三種元素是合成石裡所缺少的。
 另一方面合成品中可能會顯示出坩堝或熔劑元素鉑與鉬。
 釩金綠寶石(V-chrysoberyl)是一個頗為新穎的寶石品種之一。 
 1995年筆者得知一組來自南坦桑尼亞松嘉地區(Songea)Tunduru次生礦床的寶石報告。
 其中列舉的寶石包括金綠寶石和亞歷山大石。
 自初始以來在該地區的採礦活動裡，淡藍綠色的金綠寶石零星地被發現，顏色類似於一些萊姆綠色的鈣鋁榴石。
 這些石頭估計能有挺大的克拉數且沒有任何變色現象。
 當我們收到這個11克拉艷彩藍綠色刻面寶石的時候，令人感到十分的驚訝(圖9)。
 

 
圖9. 一顆傑出的釩致色的藍綠色金綠寶石，產自南坦桑尼亞Tunduru區，重達11.14克拉。(Photo © H.A.Hänni)
 寶石本身是乾淨無瑕，它表現的顏色實在令人很難想像是金綠寶石。當我們回顧一下X射線螢光光譜定性化學成分分析，令我們吃驚的是其致色元素為釩。
 在此之前從未有指出過由釩致色的天然藍綠色金綠寶石存在的報告。
 探針定量分析藍綠色金綠寶石(SSEF欽尼斯基博士S. M. Krzemnicki測量)得到平均 0.4 wt-%的氧化釩V2O3和0.2 wt-%的氧化鐵Fe2O3和微量的鉻、錫與鎵。
 致謝
 SSEF瑞士寶石研究所提供的圖3、4和9，是由客戶所提交的寶石所進行的測試報告。
 其他寶石為漢尼教授Prof. H.A. Hänni的收藏。感謝欽尼斯基博士S. M. Krzemnicki為V-金綠寶石樣本進行探針定量分析。
 延伸閱讀
 Schmetzer, K. (2010): Russian Alexandrites. Stuttgart, Schweizerbart Science Publishers, 141 pp. ISBN 978-3-510-65262-4
 譯按：市場慣用語詞和各方標準多少有不同，Chrysoberyl金綠寶石，也常譯為金綠玉；Alexandrite亞歷山大石，常譯為「亞歷山大變石」或只稱「變石」，更早前還被稱為「紫翠玉」；Alexandrite cat’s eye 亞歷山大石貓眼亦稱為「變石貓眼」。
 


 
圖10.11. 纖維玻璃(fibre-glass)材質的人造貓眼。
 人們運用光纖玻璃的技術開發的珠寶材料，模擬天然寶石裡針狀或絲狀物平行排列，切磨後形成貓晴光現象，放大觀察下能見馬賽克或形容為蜂巢狀的結構。 
 


 圖12.13. 硼酸鈉方解石(ulexite)，因為有一方向具有透視效果而俗稱電視石，平行纖維的結構在適當的切磨下能產生貓晴光現象，由於硬度偏低2-2.5，所以常會覆以硬度7的石英來製成凸圓面的二層石，以模擬出貓眼的外觀效果。
 
 
 
引用：<A href="http://tw.myblog.yahoo.com/jw!EtWI6kCGBR03WOokEDQhBC0-/article?mid=7219">http://tw.myblog.yahoo.com/jw!EtWI6kCGBR03WOokEDQhBC0-/article?mid=7219</A>

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