“此有浑圆之石,反射千面晶芒;璨若白银沐火,胜似水润朝阳,又如皑皑白雪,映照浩瀚群星;抑或月海细雨,滋润皎洁丝光。”

美高梅注册 1阿肯宝石的“艺术想象图”。图片:Donato

在提及阿肯宝石(Arkenstone),传说中的山之心(Heart of the
Mountain)的时候,索林·橡木盾(Thorin II Oakenshield)如是描述道。

这样的描述真美,可是完全不给你任何较真的空间。我们似乎根本无法把这颗矮人的至宝和真实世界里的宝石联系起来:化学式未知,理化特性未知,地质成因未知,因为是被矮人切磨抛光过的,连通过晶面推测晶体结构的路也被堵死。阿肯宝石变幻莫测的色彩,或许是给我们留下的为数不多的线索之一。根据这一点,我们可以在自然界里找到很多石头,与这块传说中的宝石媲美。四大宝石太贵,我们不妨从地球岩石圈里含量最多的石头——长石来说事儿。

长石(Feldspar),七大造岩矿物之首,三大岩类的绝对主角,也就是钾、钠、钙、铝的架状硅酸盐(Tectosilicates)。这是一种在地表堪称泛滥的石头,泛滥到随便捡起十块石头里面可能七八块都有长石。哪怕跑上月球,还是泛滥——你每天晚上看到的明亮的月陆就是由无数的长石堆起来的。长石不是一种固定成分,而是一堆这长石那长石组成的大家族。这个大家族可以划归为两个固溶体系列(里面的金属离子比例可以任意调和,大致可拿酒精跟水的关系做比方),分别是由钾-钠两种碱金属所组成的碱性长石(Alkaline
feldspar,KAlSi3O8
NaAlSi3O8)系列,以及钠-钙两者所组成的斜长石(Plagioclase,NaAlSi3O8-CaAl2Si2O8)系列。

光用术语来描述,似乎听起来挺枯燥的,咱也得给它包装一番吧。先看这块:

“此石,乃封印虹神之日光矩阵,以剔透之躯,交织虹彩格架,精密规则,暗含千般机理;又如炽红旭日,浸沐金色薄云。此石本名玄奥,于泰西语境,乃无棱无角之意。”

美高梅注册 2澳大利亚特产的虹彩晶格日长石。图片:boingboing.net

美高梅注册 3带有“沙金效应”的太阳石原石及抛光后制成的蛋面宝石。图片:gia.edu/
Robert Weldon/Becky Booker

这是常见石头?没错,这就是常见的石头。只不过咱们平时见到的大部分长石都没有像这样“长成精”罢了。这是奥长石类的日长石(Oligoclase
var.
Sunstone)。这段话里其实出现了两种样貌各不相同的日长石,一种是产自澳大利亚的虹彩晶格日长石(Rainbow
lattice
sunstone),另一种则是裹着红心儿,泛着丝丝金光的美国俄勒冈日长石(该州的州石)。怎么样,这可是如假包换的自然结晶,一点儿也不比虚构的石头差吧?

“幽蓝魅惑,滑过丝绢柔躯;淡淡荧彩,交映月海银光。此石名冰,有寒意凛然,意象俱佳,仿若置身枭鸣之夜。”

美高梅注册 4产自朝鲜,带有蓝色光辉的月光石。图片:flickr.com/fluor
doublet

这次是冰长石类的月长石(Adularia var.
Moonstone)。它本身有着柔和滑润的色泽,如果在特定的方向看,表面和内部会泛起浅蓝色的莹莹“月光”,当然这里其实可以吐槽月光并不是蓝的,而且月海里只有玄武岩,反照率其实跟煤球儿差不多——但是人家要的是深夜的气氛嘛。

“那永久的冻土,刻印着曙光女神的馈赠。北极光拂过暗夜群星,在终焉之地的亘古之岩,诠释着欧若拉的眷护。”

 美高梅注册 5拉长石会反射出蓝紫色和金黄色。图片:shutterstock.com

美高梅注册,这是“终焉之地”——芬兰(Finland)所特产的一种好东西,斜长石六大类里的拉长石(Plagioclase
var.
Labradorite)是也。虽然名为“拉布拉多之石”但却跟某种同名汪星人没有任何关系。这种石头能够随着观察方向的不同而呈现出极光般变幻莫测的多彩光泽,当色彩强烈时,甚至被称为光谱石。另外,拉长石的典型产地可不仅仅只有那个“终焉之地”,非洲马达加斯加的拉长石也挺出名的。

无论是日长石的虹彩晶格、月长石的幽兰晕彩,还是拉长石的极光色泽,不过是晶体在特定的方面所表现出的性质罢了。而所谓“晶体”,则是根据化学键为纽带而天然排列成的离子矩阵,而所谓“离子矩阵”,乃是离子在空间中可以沿特定方向呈无限展布的结构。从每一个点,到每一条线,到每一个面,从布拉维法则到面角守恒定律,一个个离子高度有序地堆砌,最终建构成了在宏观上表现为标准几何形态的自然晶体。

先说日长石。日长石那太阳般光泽的形成,与解理(cleavage)的关系很大。所谓“解理”,指的是矿物能够沿某些方向轻易裂开成光滑平面的性质。离子晶体在某些方向上化学键相对薄弱,造成的结果便是,在这些具体方向上,晶体的强度也弱,再加上晶体中每一个晶格都是高度同样的,于是就能沿这些方向轻易裂开成平整的平面。日长石之所以发散出金红色的光泽,便是因为内部无数开裂的解理缝中,充填着大量微小的片状自然铜(Cu)晶体。所以说白了,日长石的金红色其实是里面铜杂质的颜色,但偏偏由于解理是一种高度定向的性质,铜晶体的排列也自然高度定向,于是就说明了为什么只有将日长石旋转到一定方向才能看到那迷人的色泽了。这种效应叫做砂金效应(Aventurescence),得名自砂金石(Aventurine)——18世纪时,人们偶然间(a
ventura)幸运地发现了金沙石的制造工艺。

美高梅注册 6日长石的显微照片,正是图中那些的小小的盘状结构造成了日长石的砂金效应。图片:gia.edu

有些时候,日长石里的铜晶体可以结晶得十分巨大,便仿佛一支画笔,在透明的长石内部将那异常规整的解理面给勾勒了出来,此时所形成的,便是那十分魔性、一如工匠铸造的虹彩晶格了。

接下来是月长石。上面提到,长石是一种固溶体谱系。月长石的梦幻晕彩,也就是所谓的冰长石晕彩效应(Adularescence),则是得益于固溶体的出溶。月长石是碱性长石的固溶体,当外界条件变化比如温度降低时,固溶体内的Na和K会从完全兼容的状态走向各自分家,此时,两种成分端元——KAlSi3O8和NaAlSi3O8就会沿着结晶面一层摞一层,相互交错地生长。它们之间的互层甚至能薄到比可见光的波长还薄!这样一来,假如有光线射进这摞层层堆叠的晶体时,便会发生明显的衍射和干涉效应,从而为月长石带来梦幻般的光泽。由于这种层叠现象同样是沿着长石的某个具体晶面而排列的,所以月长石晕彩同样也只能晃动到一定角度才能看到。

美高梅注册 7月长石{001}解理面的扫描电镜图像,图中宽度为8微米。从后到前的纵行窄带就是层叠着的钠长石和钾长石薄片。图片:oxford-instruments.com

拉长石晕彩效应(Labradorescence)其实和月长石差不多,就不多介绍了。唯一的不同在于月长石属于钾长石系列,而拉长石则是斜长石系列——内部的出溶聚片乃是NaAlSi3O8和CaAl2Si2O8。成分不同,光学性质自然就不同,拉长石的晕彩一如极光,而月长石则皎洁朦胧。

真实世界里的石头,可能有电影里的效果吗?

但是如果你已经看过《霍比特人》电影,你就会发现在导演彼得·杰克逊的眼里,阿肯宝石不止是色彩变幻那么简单,不止色彩斑斓,而且还会发出淡淡的光芒。

美高梅注册 8山下之王索尔(Thrór)手中的阿肯宝石。图片:《霍比特人》电影截图

电影中阿肯宝石的色彩变幻似乎缺乏长石的那种晶体质的规律感,因此我们不得不祭出一种非晶质的宝石——蛋白石(Opal)。蛋白石的主要成分是二氧化硅——这是和长石一样大众脸的东西。二氧化硅的结晶体石英是和长石一起稳坐地表泛滥矿物之首的存在。而与石英不同的是,除了它是非晶质结构之外,蛋白石的化学成分里还含有3%到21%的水。

美高梅注册 9蛋白石有不同颜色的底色,而这种透明的白欧泊似乎与电影中的阿肯宝石最为近似。图片:gia.edu

面对这样的色彩,你打算高喊“这不科学”?淡定淡定,蛋白石是二氧化硅的胶体,光线在穿透胶体时的确可能会发生很多“这不科学”的效应——在无数摄影作品中大秀存在感的丁达尔效应、为指星笔带来清晰光路的瑞利散射效应都属于这一范畴,此外,这里还有独特的蛋白石晕彩效应(Opalescence)。当光线穿过蛋白石,由于内部大量二氧化硅的水合物无序分布,会导致特定波长的光被吸收,被散射,然后活生生给你分解出几道不同颜色的光再射出来。这就形成了斑驳陆离,一如彩绘玻璃般的色彩。几十年前,人类才意识到“摄影是用光的艺术”,人家岩石圈啊,几十亿年前知道这回事儿了。

至于发光,其实也真不是什么稀罕事儿。反正自然界任何物质只要不是绝对零度都会产生热辐射,热辐射的本质是电磁波,可见光呢也是电磁波,所以只要你眼睛能接收的电磁波频谱足够大,那么你眼里的任何物质都将自行发光。当然,即便是把条件限制在可见光波段,我们还有有着夜明珠美誉的萤石(Fluorite)。荧光性(Fluorescence,别条件反射一口说成萤石晕彩效应了)一词个正来自于萤石。荧光性的原理其实很简单,用外界的入射光来激发物体,被激发的物体又重新把光发射出来:具有荧光性的物质在接受入射光的能量之后,其原子内部的电子将从基态跃迁到激发态,而后电子从激发态退回基态时,又会将多余的能量以光子的形式“返还”出来,这就是荧光性的本质。

美高梅注册 10因为含有较多的稀土元素,在紫外光的激发下,英格兰达勒姆郡罗杰里矿的萤石会发出浓郁的蓝色荧光。图片:comcast.net

都说艺术源于现实高于现实,用人话说,就是“不论脑洞再大,终究还是能在现实世界中找到构建它的素材”。好在我们的自然界里,有着取之不尽用之不竭的炫酷素材。即使是阿肯宝石真的存在于我们这个世界里,面对它的时候,矿物学家应该也只是面不改色地给它的那些光学效应安个“arkenstonescence”的名字而已吧。(编辑:老猫)

文章题图:《霍比特人2:史矛革之战》剧照

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