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欧泊变彩之谜

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欧泊Opal因其具有变幻莫测的色彩备受世人喜爱。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”。

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。



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