矿物颜色和成因-晶体光学及光性矿物学

晶体光学中所指的矿物的颜色（Colour）是以白光作光源，矿物在单偏光镜下（或薄片中）的色泽（或色彩），严格地说应称为矿物的镜下颜色，以区别矿物在手标本上的颜色。矿物的镜下颜色是矿物对白光中不同波长单色光选择性吸收的结果。白光透过矿片时，矿片对白光中某段波长的单色光部分地或全部吸收，未被吸收的单色光透出矿片混合而成所见的颜色，即矿物的镜下颜色。

图3-18　色光的互补原理示意图

矿物对光波选择性吸收表现为两个方面：一是对吸收光波的波长有选择，不同的矿物吸收的光波波长不同，造成矿物颜色色彩（即白、灰、黑色以外的其他颜色）不同；二是不同的矿物吸收光波的强度（量）不同，造成矿物颜色的深浅不同。

矿物的颜色遵从色光混合互补原理。白光主要由红、橙、黄、绿、蓝、青、紫七种单色光组成，红、黄、蓝为三原色，三原色按不同比例混合形成介于其中间的混合色。图3-18中对顶的两色为互补色，如红与绿，黄与青、蓝与橙等均为互补色。生活中见到互补色的实例有彩色底片（负片）与照片（正片）上的颜色为互补色。更有趣的是，任何强度的颜色，如果在自然环境中看它一会儿，然后把视线移到白色表面上，该表面上就会出现互补色。互补两色混合即成为白色。如果晶体对红光完全吸收，而对其他色光少量的等量吸收，则透出晶体的光混合而成绿色。如果矿物对白光中各种色光均等量的吸收，则透出矿片的光混合仍为白光，仅亮度有所减弱，这类矿物称为无色矿物。

不同的矿物对光波的吸收强度不同，表现为矿物颜色的深浅程度不同：吸收强度愈大，透出矿物的光量愈少，则矿物颜色愈暗（深）；吸收强度愈小，透出光量愈大，则矿物愈亮，颜色愈浅。(www.xing528.com)

矿物的颜色主要取决于矿物的本性，即取决于矿物的化学成分、晶体的结构特点、晶体缺陷、杂质及超显微包裹体等。

矿物的化学成分，尤其是过渡族金属元素Fe、Mn、Cr、Ni、Co、Cu、Zn等变价元素或镧系元素的存在是影响矿物颜色的主要因素，这些元素称为色素离子。如含Fe2+常呈绿色（铁辉石、绿泥石、蓝宝石等）；含Fe3+呈褐、红色（玄武闪石、褐铁矿等）；含Ti4+呈褐、褐红色（榍石）、蓝色（蓝宝石）；含Cr3+呈翠绿色（铬透辉石、祖母绿、翡翠）、红色（红宝石、尖晶石）；含Mn2+呈玫瑰色（蔷薇辉石）、桔色（锰铝榴石）；含Mn3+呈红色（红帘石）；含Ni2+呈绿色（镍华）；含Cu2+呈蓝色（蓝铜矿、绿松石、硅孔雀石）、绿色（孔雀石）；含V2+呈绿色（绿柱石、钙铝榴石）。除色素离子外，其他成分也影响矿物的颜色，而且化学成分对颜色是起综合性影响的。如同样是含Fe2+，其他成分不同，则矿物的颜色不同：普通角闪石、普通辉石、海蓝宝石、金绿宝石都含有Fe2+，但普通角闪石（含OH-）呈蓝色、绿色，普通辉石（无OH-）近于无色，海蓝宝石（含较多的碱金属离子）呈湖绿色，金绿宝石呈黄、橘黄、黄绿色等。

晶体缺陷也能致色。引起颜色的晶体缺陷叫色心。阴离子缺位造成的晶体缺陷叫F心，F心能捕获电子，又叫电子色心。如有的萤石具F心，捕获电子时吸收了黄绿色光而呈紫色（紫萤石）。电子缺位造成的晶体缺陷叫V心，又称空穴色心。如紫晶的紫色就是Fe3+置换Si4+时形成的V心而致色的。晶体受辐射和受热可以引起色心的产生和消失。如紫晶和烟晶受日光长期照射，引起色心消失而退色，退色的紫晶和烟晶受高能辐射又能再现色心而再度呈色。薄片中见黑云母的微细锆石包裹体周围具多色性晕圈，也是因为受锆石中的放射性元素辐射所产生的。在宝石人工优化处理中，常用辐射法对宝石改色。海南碱性玄武岩中的宝石级暗红色锆英石巨晶，在1 000℃条件下灼烧30分钟，变为极淡的玫瑰色，在1 200℃条件下恒温半小时，变为无色。这在宝石加工时是应值得注意的。

由外来带色杂质元素、气-液包裹体引起的晶体颜色实际上是他色。如Cr3+使刚玉呈红色（红宝石），Ni2+使玉髓呈绿色（绿玉髓）等。现在制造人工宝石时，适当加入杂质元素，可以获得所希望的颜色，其鲜艳程度有时超过天然宝石。

矿物的镜下颜色和手标本上的颜色是有差异的。矿物的镜下颜色是偏光透过矿片后引起的视觉效应，而手标本颜色是反射光下的吸收、散射等引起的视觉效应。手标本上有色的矿物，薄片中不一定是有色的；手标本上矿物颜色较深，薄片中一般较浅；手标本上矿物是一种颜色，薄片中可呈现多种颜色。薄片中的颜色除了与矿物的本性有关外，还与矿物的切片方位、矿片厚度、矿片光率体半径同偏光振动方向的交角有关。