奇妙的矿物世界:萤光矿物(图)
【看中国2014年01月19日讯】在自然界中孕育出许许多多各式各样、色彩缤纷的矿物,为我们所居住的大地彩绘得更加亮丽。在众多的矿物种类里,色彩多变的萤光矿物总是那么引人侧目与好奇。 何谓萤光矿物?
在19世纪初期,史托克斯(George Stokes)便曾记载,当萤石(Fluorite)受到太阳光照射时,便会发出一种蓝色的光芒,他将此种会发光的现象称之为萤光(Fluorescence)。事实上,自然界中具有萤光特性的矿物并不局限于萤石一种。当我们用紫外线或X射线照射时,有些矿物也会散发出不同的色彩,而且射源能量不同,部分矿物所呈现的颜色也会改变。到底萤光是如何产生的?常见的萤光矿物又有哪些?这是本篇所要介绍的重点。
欲揭开萤光矿物的神秘面纱,首先必需由组成矿物的基本结构谈起。我们深知构成物质最基本的单元是原子,而原子是由原子核和环绕外围的电子所组成。通常电子所绕行的轨域可分为数层,每层都有固定的能阶,而且离原子核愈远,能阶愈高。
萤光矿物通常含有过渡性元素,其原子中的电子受到如紫外线等高能量照射时会吸收能量,并从低能阶轨域(基态)跃升到高能阶轨域(激发态)。由于处在激发态的电子极不稳定,因此,电子很快会移回到原有轨域,并释放出能量。因为从基态至激发态过程中部分能量转换为热能而消耗,所以电子从高能阶轨域折回低能阶轨域所释出的能量,其波长较原入射的紫外线为长。如果波长刚好落在可见光的范围内,那么,该矿物就会发出肉眼看得见的色光,是为萤光(图1);而具有这种特性的矿物,我们称之为萤光矿物。
一般的萤光矿物,在激发光源撤除后,发光会立即停止。但是有些矿物在激发光源撤除后,发光尚能维持一段时间,我们称它为磷光。有些矿物发出的磷光仅能维持数秒钟,有的则可持续一段很长的时间。 常见的萤光矿物 世界各地所产重要的萤光矿物约有四、五十种之多,限于篇幅,无法一一介绍。本文仅将常见的几种,叙述如后,以供参考:
(1)方解石(Calcite)是最普通的一种萤光矿物。萤光的色彩涵盖彩虹中所有的颜色,其中以含锰元素所展现的红色或粉红色最为常见(图2)。美国德州Terlingua地区水银矿内所产的方解石,在紫外线短波段(100-3000A)下呈现蓝色或紫色的磷光;而在紫外线长波段(3000-4000A)下则显现出亮丽的粉红色萤光,最具特色。
(2)矽锌矿(Willemite)是一种重要的锌矿来源。在美国纽泽西州Franklin地区的锌矿矿区中,矽锌矿具有最明亮而耀眼的萤光,极富盛名。其萤光多呈绿或黄绿色(图2),少数标本呈现黄色。
(3)白钨矿(Scheelite)的萤光颜色会随钼含量多寡而改变。在紫外线短波段下,若质纯时,呈现之萤光为蓝白色;含少量钼元素时,变为白色;钼含量增多,则转为黄色。白钨矿是一种极富经济价值的“钨”的重要来源。因钨耐高温且不易熔化,所以广泛被应用在灯泡的钨丝方面,另外,在制造高速切割工具上,也是一项重要的成分。因白钨矿的外观多呈白、乳黄或灰色,在岩石中与其他矿物甚难分辨,因此,在第二次世界大战钨矿短缺之际,美国为寻找钨矿矿源,便利用紫外线在美西一带从事白钨矿的探勘工作。
(4)萤石可做为炼钢的助熔剂,系最为人知的一种萤光矿物。事实上,萤光一词乃源自萤石这种矿物。蓝色是最普遍的一种萤光色彩,尤其是在紫外线长波段照射下,蓝色萤光特别显眼。另外,有些标本也会呈现白色或乳黄色的萤光。
美国纽泽西州Franklin地区较知名的萤光矿物包括磷灰石(Apatite)、霰石(Aragonite)、斧石(Axinite)、方解石 、刚玉(Corundum)、透辉石(Diopside)、萤石、水锌矿(Hydrozincite)、闪锌矿(Sphalerite)、矽锌矿、矽灰石(Wollastonite)等二十余种,不但种类多,而且许多矿物具有鲜艳亮丽的萤光色彩,缤纷的萤光世界,着实令人向往。 您想目睹萤光矿物如何变脸吗?变脸之后是呈红色?黄色?还是绿色?本馆地球环境厅地下楼“大地的结晶——矿物展示”中的“萤光”单元,陈列了6件内含方解石、矽锌矿、水砷锌矿(Adamite)等具萤光特性的标本,值得您一探究竟。
图解:
1. 白铅矿 Cerussite(黄色萤光)+ 重晶石 Baryte – Mibladen, Morocco
2. 方柱石 Scapolite(黄色萤光)- Greenvile, Ontario, Canada
3. 锌黄长石 Hardystonit(蓝色萤光),方解石(红色萤光),硅锌矿 Willemite(绿色萤光)- Franklin, New Jersey, USA
4. 白云石 Dolomite – Langban, Filipstad, Sweden
5. 水砷锌矿 Adamite – Ojuela Mine, Mapimi, Mexico
6. 白钨矿 Scheelite(蓝色萤光)- 产地不详
7. 玛瑙晶洞 Dugway Geodes(绿色萤光)- Utah, USA
8. 透闪石 Tremolite – Balmat, New York, USA
9. Esperit(黄色萤光),硅锌矿 Willemite(绿色萤光)- Franklin, New Jersey, USA
10. 白云石 Dolomite – Langban, Filipstad, Sweden
11. 萤石,方解石 – Urberg, St. Blasien, 黑森林
12. 方解石 – Capnic, Romania
13. 流纹岩 Rhyolite – 产地不详
14. 白云石 Dolomite – Langban/Jakobsberg, Filipstad, Sweden
15. 硅锌矿 Willemite(绿色萤光),方解石(红色萤光),锌铁尖晶石 Franklinite,蔷薇辉石 Rhodonite – Franklin, New Jersey, USA
16. 锂霞石 Eucryptite – Bikita, Zimbabwe
17. 方解石 – Schwabische Alb
18. Septarian 结核,方解石 Calcite(浅蓝色萤光)- Zion National Park, Utah, USA
19. 萤石 – Upper Weirdale, Durham Co., England
20. 方解石(红色萤光) + 绿色萤光矿物 – Jakobsberg, Nordmark, Filipstad, Sweden
21. 方解石,白云石 – Iglesiente, Sardinia
22. 钟乳石 Dripstones – Lykia, Turkey
23. 白钨矿 Scheelite
24. 文石 Aragonite – Agrigenti, Sicily
25. 蓝锥矿 Benitoite – San Benito, California, USA
26. 水晶 Quartz aus Schneekopfkugel – Thuringer Wald
27. 白云石 Dolomite,铁矿石 Iron Ore – Langban, Filipstad, Sweden
28. 未知矿物(黄色萤光)
29. 人造刚玉 Synthetic Corundum
30. Powellite – India
31. Hyalite(Glasopal)- Hungary
32. Vlasovit(黄色萤光)in Eudyalit – Kipawa, Villedieu, Quebec, Canda
33. Doppelspat – Creel, Mexico
34. 锰方解 Mangano Calcite – Langban, Filipstad, Sweden
35. Clinohydrit,Hardystonit,硅锌矿 Willemite,方解石 – Franklin, New Jersey, USA
36. 方解石 – Urberg, St. Blasien, 黑森林
37. 磷灰石 Apatite,透辉石 Diopside – USA
38. 白云石 Dolomite – Langban, Filipstad, Sweden
39. 萤石 – Upper Weirdale, Durham Co., England
40. 锰方解 Mangano Calcite – Peru
41. Galmei auf Zinkblende in Ganggestein – “Gnade Gottes”, Schulenberg, Harz
42. 蓝色萤光矿物 / 黄色萤光矿物 – Langban, Filipstad, Sweden
43. Glasopal – 产地不详
44. 石膏 Gypsum – Klein-Steinbke, Konigslutter, Elm
45. 白云石?Dolomitgangart – Langban, Filipstad, Sweden
46. 玉髓 Chalcedon – 产地不详
47. 圣诞方解石,硅锌矿 Willemit(绿色萤光), 方解石 Calcite(橙-红色萤光)- Franklin, New Jersey, USA
来源:正见网
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