寶石的秘密

段景頤

全世界有230多種礦物被認定為寶石，其中最常見的僅有20～30種。大多數寶石形成于地球深處的高溫高壓環境。少數寶石因為形成條件極為苛刻，所以只存在于小塊區域。寶石為何稀有？它們的不同顏色和質地是如何形成的？寶石有哪些造假手段？

剛玉：紅寶石藍寶石都是寶石級的剛玉

2014年，在莫桑比克北方某個小鎮，21歲的年輕礦工佩德羅把自己找到的一枚巨大紅寶石賣給了一位來自越南的寶石商。幾年后，他花光了這筆巨款，打算再來鎮上碰運氣。但因當局開始限制私人挖掘，他沒機會前往礦區。就算是在幾年前，紅寶石礦工的日子也并不好過：一名熟練礦工每天工作lO小時，

大多數情況下也只能找到1～3顆小粒紅寶石，賣不了幾個錢。

在紅寶石的另一個產區馬達加斯加，一些寶石商租下紅寶石礦洞，并雇用地質專家一同進洞尋找紅寶石。在完成前期勘測、分析、鉆設爆破孔和鋪設引爆線等漫長準備工作后，一聲聲爆炸接連響起。品

質最優的紅寶石在礦洞內被寶石商取走，剩下的碎料被運出洞分揀。

紅寶石和藍寶石都是寶石級的剛玉（氧化鋁），形成于板塊交界地帶的地下深層。但除了紅寶石外，所有其他顏色的寶石級剛玉都被叫作藍寶石。紅寶石的紅色由地層中的鉻元素入侵晶體形成。紅寶石形成過程中周圍巖層不能出現二氧化硅，否則無法形成紅寶石。但二氧化硅幾乎是地球上最常見的礦物，因此紅寶石產量比天然鉆石更少。即使在世界紅寶石最大產區緬甸，要獲取1克拉（0.2克）紅寶石平均要篩選400噸原石（鉆石的這一平均數為250噸）。

你可能聽說過一些機械手表中采用了紅寶石機芯，其實它們的正式名稱是“寶石軸承”，由人造紅寶石制成。相比金屬軸承，寶石軸承熱脹冷縮系數更小、硬度更大、靜摩擦系數更小，能有效提高手表精度，延長轉動部件壽命。

鉆石：因火山活動和隕石沖擊形成

地球深層的煤炭在高溫高壓下被擠成鉆石？事實并非如此。煤炭由植物殘骸形成。地球第一次大規模成煤期始于3.6億年前。天然鉆石至少形成于9億年前，最古老的形成于35億年前。鉆石的“輩分”遠高于煤炭。

天然鉆石主要形成于位于地下150～250千米深處的金伯利巖。在這樣的深度，一些礦物結晶被含碳熱流體包裹，晶體中的其他礦物質被碳元素置換出來，碳元素取而代之形成鉆石。但也有些鉆石是碳元素在高溫高壓下結晶形成的?；鹕絿姲l將位于地下深層的金伯利巖輸送到地表，能夠搭上“順風車”的鉆石只是少數。

除了被火山活動送上來，鉆石還能被隕石砸出來。20世紀70年代，俄羅斯科學家在波皮蓋隕石坑中發現大量沖擊鉆石，估計總儲量達數十萬噸，波皮蓋隕石坑一躍成為全世界己知最大的鉆石礦藏。波皮蓋隕石坑位于一處石墨礦床，隕石的巨大沖擊力產生的高壓高溫讓部分石墨轉變成了鉆石。此外，板塊交界地區的海底俯沖帶也會形成鉆石。

鉆石的硬度在天然礦石中排第一，其“顯微硬度”是硬度第二高的剛玉的150倍。鉆石礦石被叫作金剛石?！敖饎偂倍旨确从秤捕?，也指金屬般的金剛光澤。鉆石屬于等軸晶系晶體——晶體在三條軸上的長度是一樣的，對稱性極高，晶體質地均勻，這讓品相好的鉆石具有接近純凈水的折光率。鉆石的金剛光澤除了受本身色澤、純凈度等影響外，切割工藝對其影響也很大。1919年，珠寶學家兼數學家的托克沃斯基設計出具有58個刻面的“圓形明亮式切割”技術，能讓光線在鉆石內部盡可能多次反射，并集中從鉆石正上方的切面射出，讓鉆石看起來格外閃亮。鉆石彩虹般的火彩則來自被散射后的白光。

完全由碳構成的純凈鉆石是完全無色的。如果某些元素擠進鉆石晶格，置換原本的碳原子，就會形成其他顏色的鉆石。例如氮置換能形成黃鉆，硼置換能形成藍鉆，而氫置換能讓部分鉆石產生紫羅蘭色。當金伯利巖附近存在含鈾或釷的巖層時，這些放射性元素衰變產生的強輻射會導致鉆石晶格中出現空缺，致使鉆石吸收紅光，因此鉆石會呈現出罕見的綠色。鉆石晶格錯位或變形會形成粉鉆。如果鉆石出現高密度的夾雜物，會形成黑鉆。

在西非地區，人們發現一種露兜樹科植物幾乎只生長在金伯利巖上方的土壤中。這成為尋找鉆石礦的線索。

翡翠：玉石中的皇后

在緬甸北部一個偏僻村莊，成千上萬的工人正在演繹著現代版的“愚公移山”。工人從山坡上松軟的泥土中撬出巨石，另一些工人將巨石砸成較小的石塊。篩掉多余泥土后，這些石頭被一批批送往賭石場。在那里，翡翠賭石老手可通過皮料判斷原石是否來自“名坑”。如果不具備這種基礎知識，賭石者幾乎注定血本無歸。

翡翠是全世界知名度最高的玉石品種之一，被歸為“硬玉”類。除了翡翠之外的其他玉石品種都叫作“軟玉”，比如和田玉、藍田玉、獨山玉……全世界只有5個國家產翡翠，而只有緬甸北部面積僅13平方千米的礦區能夠出產寶石級翡翠，這是因為該地區處于印度板塊和歐亞板塊交接帶，不但擁有翡翠形成所需要的俯沖和造山運動，而且受到多個方向的擠壓和拉扯作用，同時還滿足極高壓強和相對低溫的條件。復雜的地質構造給翡翠的形成提供了豐富的原料，多變的地層活動則讓緬甸出產的翡翠擁有多變的種（質地）、水（透明度）和色（顏色）。

進入石器時代晚期后，人類開始加工并使用玉石制品。玉石也影響了全世界許多文明。早在1.2萬年前，生活在如今中國遼寧海城市仙人洞的古人類就能夠把岫玉（綠色蛇紋石）加工成砍斫器（用于劈砍的工具）。6000多年前，生活在蘇格蘭高原的古人用意大利阿爾卑斯山上出產的玉石制作成玉斧。3000多年前，已知最古老的的美洲文明——奧爾梅克開始將玉制成人首等禮器，后續的瑪雅文明和阿茲特卡文明也延續了這種傳統。生活在新西蘭的毛利人一直就有用和田玉（全世界許多地區都出產和田玉）制作飾品和工具的傳統。

在13世紀（元代）前，中國品質最好的玉還屬和田玉。但緬甸翡翠進入中國后就不是這樣了。據傳13世紀時，一位云南商人在穿越緬甸北部時意外發現了一塊質地如同凝脂且夾雜鮮艷綠色的石頭。這種翠綠色的玉石后來被命名為“翡翠”。明朝期間，陸續有少量緬甸翡翠流入中國，但中國人并不知道翡翠的具體來源。清代乾隆時期，漢人第一次摸清了緬甸北部的翡翠產區位置。從此以后，漢人開始逐漸進入該產區，大量緬甸翡翠被運往北京，北京匯聚全國最頂尖玉雕師，翡翠工藝品逐漸在中國風行。

祖母綠：最稀有的綠柱石

祖母綠的名字來源于古波斯語中的“綠色”一詞（其發音接近漢語“祖母”一詞）。作為全世界公認的寶石之王，祖母綠也是世界上歷史最悠久的寶石之一。祖母綠深受埃及艷后克婁巴特拉的喜愛，但一些歷史學家稱她的祖母綠藏品中有不少是同為綠色的橄欖石。祖母綠也是俄羅斯沙皇王冠上的珠寶。祖母綠被制成眼鏡供古羅馬皇帝尼祿觀看角斗士競技，也被用來裝飾印度莫臥兒王朝皇帝沙·賈汗的孔雀王座，還引發了16世紀西班牙人對哥倫比亞祖母綠礦的大肆掠奪。

祖母綠是綠柱石家族中最稀有品種，大約每100萬枚綠柱石中才有1枚祖母綠。祖母綠擁有獨特的綠色，古羅馬學者老普林尼贊美唯有祖母綠的色澤能緩解眼疲勞。這種綠色源自祖母綠中微量的氧化鉻。祖母綠已十分稀少，少數會出現“查皮丘現象”的祖母綠更是其中珍品。查皮丘祖母綠有六邊形核心，并向周圍發散六條黑線。一些科學家認為，這可能是祖母綠在生長過程中遭遇其他礦物質侵入形成的。因為祖母綠性脆，表面往往都有細裂紋和一些夾雜物，所以都要浸油、膠或樹脂，以填補小裂縫。

綠柱石中含有稀有輕金屬鈹。由鈹制成的空間望遠鏡反射鏡不但重量輕，還不易在超低溫環境下變形。因此，美國宇航局為了獲取制造高性能反射鏡所需的鈹，專門在猶他州沙漠中開采綠柱石。

海藍寶是綠柱石家族中第二受歡迎的成員。相比祖母綠，海藍寶的裂縫和夾雜物都較少。摩根石也是一種獨特的綠柱石，顏色有橙色、粉紅色和淡紫色。一些綠柱石雖然是綠色的，但因為只有淡淡的綠色，顏色沒有邁進祖母綠的顏色門檻，所以只能被叫作“綠色綠柱石”。

蛋白石：極品價格超過極品鉆石

蛋白石也叫歐泊，雖然不是晶體類礦物，硬度也較低，卻是少數幾種能夠媲美甚至超越鉆石火彩的寶石（除蛋白石外還有鋯石、榍石等）。蛋白石的構成和瑪瑙很類似，只不過前者多了一些水（一般占總重量的6%～10%）。蛋白石閃耀火彩的秘密在于其內部無數的二氧化硅微球。白光進入蛋白石后，穿過二氧化硅微球并發生衍射，組成白光的多個波長的光被分散開，形成彩虹般的火彩。

盡管蛋白石的構成元素并不罕見，但寶石級的蛋白石極少，其中90%出產于澳大利亞，因此蛋白石也被澳大利亞定為代表本國的寶石。白色和粉色的蛋白石較為常見，而黑色和橘紅色的優質蛋白石卻十分稀少。在所有黑蛋白石中，極少數會出現被稱為“小丑紋”的規則馬賽克圖案，其每克拉單價甚至超過最高等級的鉆石。

熒光礦石：電子被激發產生熒光

美國新澤西州富蘭克林鎮的多個礦山中發現的357種礦物中，有91種能發出熒光，被稱為“熒光礦石”。在眾多礦山中，斯特林山礦出產的熒光礦石品質最好：鮮紅色的方解石、深黃色的硅鈣鉛鋅礦石、藍紫色的鋅黃長石、亮綠色的硅鋅礦石……數十億年的無數次地質運動讓各種熒光礦石共同出現在斯特林山礦，它們在紫外線照射下發出各色光芒，因此斯特林山的礦道也被稱為“彩虹隧道”。

熒光礦石在紫外線和陰極射線照射下會發出熒光。這是因為其原子的電子受照射后被激發到能量較高的軌道，但這只是暫時的，當電子重新回到原始電子軌道時，少量能量會以光子的形式釋放，形成熒光。礦物中含有的鎢、鉬、鉛等金屬陽離子和稀土元素都能讓礦物產生熒光。但如果礦石中出現鐵、鎳、鈷、銅等元素，就會一定程度上抑制甚至消除礦物的熒光效應。

除熒光礦石外，紅寶石、鉆石和蛋白石等寶石也會出現熒光現象。南非出產的一種淺黃鉆能夠在紫外線照射下發出強烈藍色熒光。20世紀初，許多鉆石商人故意收購發出強烈藍色熒光的鉆石，因為這種藍光能抵消鉆石本身黃色的影響，讓鉆石看起來更白。但如果藍色熒光過強，就會導致鉆石顯現過多乳白色光澤，反而會讓鉆石降級。

形形色色的寶石造假

1000多年前，古印度人開始從事紅寶石開采、加工和貿易。紅寶石很稀少，高品質的“鴿血紅”更罕見。怎樣賣出品質一般和有瑕疵的紅寶石，成了寶石商人頭痛的問題。一些古印度寶石商意外發現：將紅寶石置于火焰上加熱至臨近熔點時再自然冷卻后，原本顏色暗淡的劣質紅寶石竟然煥發出鮮艷血紅色，其中的雜色也消失不見了?，F在紅寶石加工商沿用了這套加工技術，不過他們不是用明火，而是用微波將紅寶石均勻加熱到900～1800℃。

據古羅馬哲學家塞內卡和學者老普林尼的文字記載，古埃及墓葬中已經有用玻璃替代寶石的情況。塞內卡提到：“有時候人們熬煮石頭，讓它們看起來像祖母綠?！崩掀樟帜嵴f：“人們用玻璃粉偽造寶石印章，有時候還把石頭黏起來當作瑪瑙。還有著名的印度水晶，其實并不是什么珍貴礦石，而是染色的普通水晶?！比旧珜毷?、拼接寶石等幾種造假手段至今依然存在。

樹脂化石琥珀也是造假重災區。許多大型展會上有不少價格便宜、各種顏色的“琥珀原石”，它們其實是塑料。也有許多商人用產于波羅的海的柯巴樹脂冒充琥珀?？掳蜆渲如辍澳贻p”得多，只是一種亞化石。還有造假者利用工業填縫膠包裹昆蟲，冒充蟲珀。比起前面幾種手段，下面的造假方式更是費盡心思。一些商家將品質一般的琥珀打碎并加熱熔化，添加染料后再利用高壓使其融合，名為壓制琥珀。用這種方法制造出來的人造琥珀有容易辨識的特殊紋理，因此有些商家故意將其烤成深色，冒充昂貴的緬甸血珀。

1893年，法國化學家亨利·莫桑在美國亞利桑那州的一個隕石坑中發現一些閃耀的顆粒，他認為這些石頭是由隕石撞擊產生的鉆石。直到1904年，他才發現自己錯了。這些顆粒其實是和鉆石非常類似的碳化硅。為了紀念莫桑，人們將碳化硅命名為莫桑石。莫桑石無論硬度還是火彩都和鉆石幾乎無異，因此一些商家會用莫桑石和同樣十分類似鉆石的氧化鋯冒充鉆石。

合成寶石：品質不輸天然寶石

紅寶石是人類能夠合成的第一種寶石。1837年，法國化學家高登用重鉻酸鉀和明礬結晶出第一批人工合成紅寶石。但這樣制作出來的紅寶石不透明，達不到寶石級水平。1877年，法國化學家弗雷米利用長時間加熱氧化鋁等物質，在容器內壁上獲得了小粒紅寶石結晶。1891年，弗雷米的學生伐諾伊成功開發出“焰熔法”，只需要兩小時就能生長出12～15克拉重的球形紅寶石。自此，人工合成紅寶石終于得以開始大規模生產。直到今天，紅寶石合成技術依然在不斷創新。

人工合成鉆石主要有兩種方法。一種是在頂壓機中放入碳粉和小粒鉆石種子，在高溫高壓下碳粉熔化，逐漸冷卻后碳粉就能在種子上結晶，形成更大的鉆石。另一種方法是將置于密閉腔內的鉆石種子加熱到800°C，同時通入甲烷和氫氣，利用微波或激光將氣體電離成等離子體。電離會破壞氣體的分子鍵，讓碳原子能夠附著在鉆石種子上并緩慢結晶。2018年，美國一家實驗室通過這種方法合成了一顆重達6克拉的寶石級鉆石。

人工合成的一些寶石的品質完全不輸最優質的天然寶石，這在很大程度上動搖了天然寶石的高價地位。另一方面，人類也在不斷挖掘寶石除觀賞、收藏以外的新價值及用途，例如將紅寶石用于生產激光發射器，或者將鉆石用于制造量子計算機。

（責任編輯王川）

螞蟻堆里的寶石

在一些地方的蟻穴出口的小山丘邊緣，人們可能會發現閃亮的地幔寶石——石榴石。螞蟻在挖掘地下通道時，有時會發現石榴石并將它們搬運到地面丟棄。這些寶石被稱為螞蟻山石榴石。在一些石榴石密集分布的地區，螞蟻山石榴石會在蟻穴附近大量聚集，并且被雨水沖刷干凈。鮮紅色的石榴石和周圍土壤形成強烈對比。十分顯眼。

寶石開采也對生態環境產生影響

馬達加斯加是重要的寶石出產地，全世界大約有一半藍寶石產自這里。但馬達加斯加也是全球第四大島嶼，為全球貢獻了5%的生物多樣性。2016年9月，馬達加斯加發現了更多優質藍寶石礦。僅僅數月內，4.5萬名礦工涌入馬達加斯加3600平方千米的熱帶雨林，伐木建礦、瘋狂挖掘導致熱帶雨林土壤大量流失。隨著一座座私礦立起來，礦區周邊形成面積更大的人類生活區。全世界的狐猴幾乎都生活在馬達加斯加，而猖獗的采礦活動造成的棲息地碎片化嚴重地威脅包括上百種狐猴在內的本地特有物種的生存。一些狐猴種群開始出現營養不良、種群個體數量減少等種群衰弱跡象。

寶石開采也會消耗大量能源。全世界最大鉆石銷售商戴比爾斯在西澳大利亞開采的鉆石，包括開采、清洗和加工等環節在內，每克拉平均需要消耗80.3千瓦時電量。實驗室舍威鈷石的每克拉耗電量為20～80千瓦時。此外還有運輸鉆石消耗的燃油，鉆石的外包裝、展示耗電等等，更別提部分國家鉆石產區至今依然存在生產安全問題。

世界上最稀有的6種礦物

在全世界已被確認的5000多種礦物中，半數屬于稀有礦物。而下面這6種礦物更是稀有，與它們相比，就連鉆石和紅寶石都只能算常見礦物。

紅鉆在鉆石中，最稀有的就是紅鉆。紅鉆的成色原理既不是夾雜雜質，也不是被輻射照射，而是因為鉆石晶格愛到來自一個方向的高壓，發生塑性變形，這導致鉆石中某些層面反射紅光。也有科學家認為紅鉆的成因可能是晶格中混入了氮原子。紅鉆幾乎只產于澳大利亞的一個礦坑，從1999年至今這座礦只出產了30顆紅鈷。

藍色黝簾石一些珠寶公司在廣告中宣稱坦桑石的稀有度比鉆石高上千倍。其實坦桑石只是商品名.它的真正名稱叫黝簾石。黝簾石本身不是很稀有，但天然藍色黝簾石真的十分罕見。藍色來自于黝簾石中混入的雜質釩。黝簾石只出產于坦桑尼亞馬里蘭尼礦山8平方千米的礦區，它們是在造山運動過程中形成的。珠寶店中的坦桑石幾乎都是藍色的，它們的藍色來自于熱處理工藝。

海森石目前人們只在美國加利福尼亞州莫諾湖中發現過海森石——種呈放射狀生長的罕見晶體。有科學家猜測，當湖水長時間干涸。濃度過高的磷會使微生物中毒。因此.湖水中的鞘絲藻用湖水中的氧、鉀、鈉和鎂元素在體內合成海森石晶體，并排出體外。也有科學家猜測，海森石是鞘絲藻死亡后釋放的化合物與湖水中元素發生化學反應后形成的。海森石遇水融解，這也是它們非常罕見的原因之一。

撒丁石撒丁石是人類發現的第一種同時含有鉬和釷的礦物（目前只發現兩種），具有放射性。它得名于意大利撒丁島，晶體呈白色菱形。

布里奇曼石本身并不稀有，地幔38%的質量來自于這種鎂鐵硅酸鹽。布里奇曼石罕見的原因在于它在常溫常壓下會轉變成非晶質。要想得到布里奇曼石晶體，壓強必須超過120萬個標準大氣壓。2014年，科學家意外在一個隕石坑中發現了一個被其他礦物包裹起來的天然布里奇曼石晶體。

芬格石這是一種只生長于薩爾瓦多的伊薩克火山噴氣孔中的含砷酸芬釩銅礦，它由火山噴氣孔中的蒸汽凝華而成。要形成這種礦物，不但需要特定的化合物種類和比例，還需要特定溫度。如果其中釩和銅的比例不對，就無法形成芬格石。芬格石遇水會融解，這導致其極為稀有。20世紀80年代，科學家僅在伊薩克火山噴氣孔中收集到了數微克芬格石。