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編輯推薦
《石頭記——寶石、金屬和藥物》:一本書帶你走進寶石、礦石、藥石的瘋狂世界。
講述瞭45種寶石、金屬礦石、藥物礦石的知識,每一種都是結閤瞭科學性與人文內涵的列傳。500多張全彩圖片,展示寶石與礦石世界的奢華之美。
北大、地質大學的專傢劉華傑、蘇德臣教授的熱烈推薦;作者為新銳科普作傢,多次獲奬。
內容簡介
人類生活在岩石支撐的大地之上,文明也是從di一件石器開始,如今許多礦物、藥物、寶石仍然從石頭中獲取,石頭仍然是我們不可或缺的資源。
《石頭記——寶石、金屬和藥物》是一本講述岩石的科學讀物,揭示瞭一個奇妙的石頭的世界,它們有瘋狂神奇的特性,有綺麗驚艷的顔色紋理,有源遠流長的曆史和匪夷所思的故事。
作者簡介
馬誌飛,1984年生,地質工程師,2009年畢業於太原理工大學礦業工程學院地球探測與信息技術專業,獲碩士學位,現在北京市地質研究所從事地質勘查與地球物理勘探研究工作。北京科學技術普及創作協會會員,曾榮獲中國科協首屆全國科學博客大賽“傑齣原創空間奬”和“zui佳博客文章奬”、第二屆全國科學博客大賽“優秀博客文章奬”,著有《世界地理地質之謎大全集(破解版)》(科學齣版社),發錶地質科學方麵的學術論文和科普文章三百多篇。
精彩書評
每一塊普通的石頭都值得尊重,岩石中的各種寶石、礦物更是如此。……這是一部講故事的結晶礦物學好書,讓我迴憶起學地質時的無數美好場景!
——劉華傑,北京大學哲學係教授,博物學文化倡導者。
目錄
目錄
見岩石特徵統計錶 iv
見礦物特徵統計錶 viii
寶石礦物 001
1.1 鑽石:當之無愧的寶石之王 002
1.2 紅寶石:貴族傢傳必備 010
1.3 祖母綠:不是祖母喜歡的那種綠 020
1.4 水晶:像水一樣的謊言 027
1.5 碧璽:方寸之間見彩虹 041
1.6 石榴石:成熟的果實最誘人 046
1.7 橄欖石:綠如春天 052
1.8 托帕石:和鑽石隻差那麼一點 058
1.9 綠鬆石:聖湖之色 063
1.10 孔雀石:雍容之綠 070
1.11 青金石:通天法器 078
1.12 尖晶石:紅寶石的完美替身 085
1.13 歐泊:魔法世界來客 091
1.14 月光石:戀人之石 100
1.15 坦桑石:海洋之心 109
1.16 琥珀:時間膠囊 116
1.17 斑彩石:曾經“活著”的寶石 124
金屬礦物 133
2.1 自然金:遮不住的光芒 134
2.2 自然銀:大地的一縷白發 144
2.3 黃銅礦:人類文明的使者 151
2.4 赤鐵礦和磁鐵礦:世界之骨 159
2.5 锡石:平民的五金 167
2.6 方鉛礦:洗不盡的鉛華 171
2.7 閃鋅礦:低調的金屬 178
2.8 黑鎢礦:光明使者 183
2.9 菱錳礦:金屬“玫瑰” 190
2.10 金紅石:心中有“鈦”度 196
2.11 鋰輝石:能量金屬 203
2.12 輝銻礦:火焰的剋星 210
2.13 輝鉍礦:任性的金屬 216
2.14 輝鉬礦:戰爭金屬 221
2.15 鉻鐵礦:對抗時間的光芒 226
藥用礦物 233
3.1 辰砂:長生之藥 234
3.2 滑石:清利之藥 241
3.3 石膏:沙漠玫瑰 245
3.4 硼砂:至味與緻命的佐料 254
3.5 芒硝:火藥、仙藥與瀉藥 258
3.6 雄黃和雌黃:鴛鴦礦物 263
3.7 陽起石:壯陽之石 269
傳奇礦物 277
4.1 自然硫:魔鬼的黃金 278
4.2 黃鐵礦:閃亮的“愚人金” 284
4.3 方解石: 維京人的光芒指南針 291
4.4 螢石:“夜明珠”? 300
4.5 雲母:七彩“韆層紙” 307
4.6 磷灰石:天然的營養石 314
主要參考文獻 320
緻 謝 323
精彩書摘
1.3 祖母綠:不是祖母喜歡的那種綠
《紅樓夢》第五十二迴,薛寶琴說:“我八歲時節,跟我父親到西海沿子上買洋貨,誰知有個真真國的女孩子,纔十五歲,那臉麵就和那西洋畫上的美人一樣,也披著黃頭發,打著聯垂,滿頭帶的都是珊瑚,貓兒眼,祖母綠這些寶石……”有紅學研究者認為,文中所說的“西海沿子”應該是指我國福建沿海一帶的商埠,“真真國”應該是南海之西諸島,這位滿頭帶著寶石的真真國女孩可能是荷蘭人。沿海地區對外通商相對繁華,國外的珠寶玉石便逐漸走進明清時期的富貴人傢。清朝末年,嘉慶皇帝查抄貪官和珅的傢産時,在大量的珠寶中就發現有多塊祖母綠寶石,它們都來自於國外。史料記載,慈禧太後去世後,其墓葬中有大量珠寶,黃金、珍珠、翡翠等本土所産的自不必說,還有很多來自於國外的珠寶,其中就有祖母綠。
與祖母無關
僅從字麵上看,很多人都會覺得祖母綠應該是祖母戴的寶石。其實不然,祖母綠和祖母之間並沒有什麼特殊的必然關係,隻因為它的名稱源於古波斯語Zumurud,被音譯成漢語之後就成瞭“助木刺”“子母綠”,後來又變成瞭 “祖母綠”。
早在公元前3500至前3000年間,在埃及紅海附近人們就已經發現並開采祖母綠,它也是當時埃及女王鍾愛的寶石。到瞭公元前2000年左右,祖母綠成為埃及貴族必備的裝飾珍品。傳說,祖母綠是愛神維納斯喜愛的寶石,所以在西方珠寶文化史上,人們一直認為它會給佩戴者帶來一生的平安,並選取祖母綠作為5月的幸運石,同時也將祖母綠作為結婚55周年的紀念石。
盡管祖母綠在我國齣産稀少,但深受人們喜愛,清代以前其知名度遠遠大於鑽石。明朝永樂年間,鄭和受明成祖硃棣之命,率領龐大的船隊七下西洋,拜訪瞭30多個國傢和地區,明代小說傢羅懋登在其所著的《三寶太監西洋記通俗演義》一書中寫道,木骨都束國、竹步國和蔔刺哇國這三個國傢共同為大明王朝進貢,貢單上記之曰:“玉佛一尊,玉圭一對,玉枕一對,貓睛石二對,祖母綠二對……”這裏所說的木骨都束國、竹步國和蔔刺哇國都位於現在的非洲索馬裏一帶,在當時的非洲,祖母綠是珍貴寶石,送到中國來更是無價之寶。
剔透無暇的鑽石,通常是皇傢貴族最喜歡的珍寶,但是法國的拿破侖與眾不同,他最喜歡那種青翠欲滴的祖母綠。1804年拿破侖稱帝,加冕約瑟芬為皇後,並親自為皇後帶上瞭鑲嵌著祖母綠的皇冠。可是好景不長,迫於政治壓力,約瑟芬與拿破侖在1809年離婚,一位畫傢在為約瑟芬離婚前繪製畫像時,問她該佩戴哪種首飾,悲痛欲絕的約瑟芬最終選擇瞭拿破侖送給她的一條祖母綠項鏈。
與海藍寶石為親
從化學礦物學的角度來看,祖母綠其實是鈹鋁矽酸鹽,化學成分為Be3Al2[Si6O18],也就是說主要由鈹、鋁、矽和氧四種元素組成,屬於綠柱石傢族。綠柱石硬度為7.5,晶體往往很大,曆史上曾經發現過長達8米、橫切麵直徑2米的晶體。在地球上,鈹、鋁、矽和氧這幾種元素普遍存在,但通常情況下這些元素聚集在不同的地方,是不會混閤在一起的,所以嚴格來說,祖母綠也許就不應該存在,但頻繁的地質構造運動創造瞭奇跡,大陸漂移、闆塊碰撞、火山噴發等最終導緻大陸地殼失去瞭它最初的純度,使得多種元素相互混閤並重新結晶。但是,結晶之後的綠柱石大多為淺綠色,要錶現齣如同嫩綠的青草一般的綠色,還需要一種“雜質”來幫忙,那就是鉻元素。
由於綠柱石礦物中的鋁離子(Al3+)半徑和鉻離子(Cr3+)半徑相差不多,鉻離子就會李代桃僵,以類質同象的形式代替部分鋁離子,同時由於存在鈹(Be2+)和矽(Si4+)兩種離子,從而使得其周圍配位電場強度減弱,電子從一個基態能級躍遷到另外一個能級,需要吸收一定的能量以保證電子被激發,而這個能量對應的恰恰是紅色光和紫色光波段,即紅光和紫光被大量吸收,從而殘餘的混閤色就成瞭祖母綠的綠色。不僅如此,如果綠柱石中混入瞭銫,會錶現齣粉紅色,稱為銫綠柱石;如果含有二價鐵時,呈淡藍色,稱為海藍寶石;含有三價鐵時,呈黃色,稱為黃綠柱石。
所以,祖母綠寶石的誕生,可謂是多種元素的“機緣巧閤”,而且還是韆百萬年時間凝聚的精華,主要産於綠柱石花崗偉晶岩及其相應的砂礦中。目前,世界上最好的祖母綠産於哥倫比亞,在紐約自然曆史博物館曾經展齣過一顆産自於哥倫比亞的祖母綠晶體,重達632剋拉,據說哥倫比亞的波哥大銀行收藏著世界上最珍貴的五顆祖母綠寶石,重量在220~1796剋拉之間。另外,在巴西、澳大利亞、巴基斯坦、哈薩剋斯坦、馬達加斯加、贊比亞、坦桑尼亞、南非、尼日利亞、津巴布韋等地也有産齣。20世紀90年代,我國雲南發現瞭祖母綠礦床,但顔色多為黃綠色,質量一般。2004年,我國新疆發現瞭質地相對較好的祖母綠礦,顔色翠綠,略帶有淺藍色。
讓鑽石低頭的昂貴
2001年,巴西東北部的巴伊亞州礦工發現瞭一塊重達380餘韆剋的祖母綠原礦,其中所含的祖母綠寶石大約有18萬剋拉,價值4億美元。據說,當時開采這塊礦石的時候,礦工們用騾車搬運,後來半路上遭遇美洲豹襲擊,之後礦工們被迫抬著這塊礦石步行將其送到瞭聖保羅市,將其命名為“巴伊亞祖母綠”。此後,這塊礦石經曆瞭多次轉手和買賣,其中伴隨著欺詐和虛假交易,2005年被賣到美國,存放在新奧爾良一傢銀行地下三層的金庫中,可是新奧爾良遭遇史上罕有的颶風襲擊,將它湮沒在水底,兩個月之後又被潛水員打撈齣來。接下來,重新走進人間的巴伊亞祖母綠一次又一次轉手,價格節節攀升,買賣過程中又有多人受騙。巴伊亞祖母綠到底該屬於誰呢?就這樣,引發瞭一場錯綜復雜的官司,至少有8人宣稱對它擁有所有權。此案訴諸公堂,2015年3月鬧到洛杉磯高等法院,正當洛杉磯高等法院為此事而頭疼的時候,巴西政府站瞭齣來,決定嚮美國政府討要這塊寶石,巴西政府代錶稱“沒有任何寶石、石頭或者礦産可以在未經授權的情況下離開巴西”。然而,時至今日,價值連城的巴伊亞祖母綠究竟會判給誰,我們還不知曉。
世界上還有比巴伊亞祖母綠個頭更大的精品,2007年7月,人們在馬達加斯加東南部發現瞭一塊重達536韆剋的祖母綠原礦,它長125厘米、寬78厘米、高55厘米,2008年在我國香港抱趣堂當代藝術館展齣。據瞭解,這塊原生礦石是以傳統爆破方式開采齣來的。爆破方式通常會將礦石崩成碎石塊,所以,能獲得這麼大的完整礦石實屬不易,如今它已經被載入吉尼斯紀錄,成為世界上最大的祖母綠。
在寶石交易中,評價祖母綠的經濟價值主要依據4C標準。質量上乘的祖母綠要求顔色純正、濃艷,其中以翠綠、微帶藍的翠綠色最佳,內部要求純淨無暇,塊度要求越大越好,切工要求對稱、拋光度好。如果切割閤適,會有美麗的貓眼效應。
祖母綠硬度很好,但生性較脆,且內部還有許多細小裂紋,這使得對祖母綠的切割十分睏難,通常幾十剋的一塊原料隻能磨得2~3剋拉的少許成品。重量在2剋拉以上的優質祖母綠已經十分罕見,超過5剋拉以上的祖母綠更是難得的珍品,大於0.5剋拉的祖母綠,其價值就已經明顯高於同重量的鑽石。
祖母綠內部常見的是一種直綫狀絲紋,就像蟬翼一樣,叫做綿。這其實是一種內部暗傷裂紋,沒有貫通錶麵,這種綿紋可以幫助我們很好地鑒彆真假祖母綠。人造贋品不易産生這種裂紋,即使有也是近圓形或同心圓形的,而不是天然寶石中的平行直綫紋。正因為存在這種人工閤成的睏難,纔使得天然祖母綠顯得更加珍貴。
裏麵有硬“鈹”
在普通百姓眼中,祖母綠是價值連城的珍貴寶石。在科學傢眼中,它還有更大的魅力。
18世紀末,法國礦物學傢阿羽伊在研究祖母綠和綠柱石這兩種礦物時,發現它們晶體的幾何結構完全相同。於是,他懷疑這兩種物質應該是同一種礦物,但為瞭保證推斷結果的準確性,他請求化學傢沃剋朗幫忙鑒定。鑒定結果錶明,祖母綠和綠柱石的化學組成確實是完全相同的,祖母綠實際上就是綠柱石的一種。更令人震驚的發現在於,沃剋朗在鑒定過程中,意外地發現綠柱石中除瞭含已知的矽和氧化鋁外,還有一種新物質。1798年2月,沃剋朗宣布瞭自己的這一發現,並給它取名“鈹”。可是由於技術所限,把鈹提純齣來十分睏難。直到30年後的1828年,科學傢纔將金屬鈹從化閤物中分離齣來。
“鈹”這種物質是最輕的堿土金屬元素,比鋁輕三分之一,但強度比鋼還要大很多,而且還具有顯著的抗腐蝕性,加少量鈹於銅中,可製成既耐腐蝕又極堅韌的閤金,用於製造飛機零件,將會大大減輕飛機的質量,提高飛機的靈活機動性,所以被廣泛應用於航空工業,尤其是用來製造強調速度的戰鬥機。
此外,鈹是金屬中的良導體,傳熱性能是鋼的3倍。鑒於這種特性,許多超音速飛機的製動裝置中用到瞭鈹,“刹車”製動時産生的熱量能很快散失。同樣的道理,如果用鈹來製造宇宙飛船的外層材料,當它高速穿越大氣層時,摩擦産生的高溫可以快速傳導齣去,保障瞭飛行器的安全。
1.4 水晶:像水一樣的謊言
在古人眼裏,水晶是“韆年之冰所化”“水之精靈”,是建造水底龍宮的材質,隻要嘴裏含上一塊就能夠止渴,甚至還有人相信透過它可以看到韆裏之外的世界。水晶是什麼?真的和水有關麼?
水晶與水精
《山海經》中記載:“堂庭之山多水玉。”南宋詩人楊萬裏有詩曰:“西湖野僧誇藏冰,半年化作真水精”。此處的“水玉”和“水精”都是水晶之彆稱。屈原曾賦詩贊美水晶曰:“登昆侖兮食玉英,與天地兮同壽,與日月兮同光。”這裏的玉英也是水晶的彆稱。唐代詩人崔玨寫詩贊譽一塊水晶做成的枕頭:“韆年積雪萬年冰,掌上初擎力不勝。南國舊知何處得?北方寒氣此中凝。”詩中極其形象地描繪齣水晶的特殊魅力,它仿佛是韆年積雪、萬年寒冰變成的美玉,澄澈的晶體似乎容納瞭南方秀美怡人的風景和北方沁人心脾的涼爽,構成瞭一幅絕美的晶中世界。
對於水晶的早期認識,中西方的觀點基本一緻。據說,羅馬人最早在阿爾卑斯山上發現瞭水晶,由於山高陡峻而且四季積雪,他們也認為水晶是冰變成的。
水晶與石英
我們現在知道,水晶跟水沒多大關係,也不一定就是無色透明的,從其礦物成分上來看,它隻不過是石英,即二氧化矽,化學式為SiO2,這種礦物是地球上數量最多的礦物之一,按照體積來計算,石英礦物占到瞭整個地殼的11.9%。當我們踩在海邊的沙灘上,腳下細膩的沙粒大部分都是二氧化矽。但是結晶完美的石英超凡脫俗,成瞭一種最純淨的寶石。水晶不僅深受古人喜愛,也得到現代人的追捧。小塊兒的可以做成吊墜、耳釘,塊兒頭較大的則可以製成觀賞石,擺放於傢中,正映襯瞭文人墨客智者樂水仁者樂山的閑情逸緻,可謂各得其樂。如今,日本、瑞典、瑞士和烏拉圭等國傢都把水晶作為國石。
水晶傢族不僅在地球上分布範圍很廣,而且顔色多變,異彩紛呈,除瞭純淨無暇的透明水晶之外,還有乳白色的“乳石英”、紫色的“紫晶”、金黃色或檸檬色的“黃晶”、淡粉色的“薔薇水晶”、紅色的“紅水晶”,綠色的“綠水晶”,還有的內部包裹著柱狀或針狀物的,名為“發晶”,倘若含有不同雜質,以隱晶質的形式在岩石的裂隙或空洞中分層沉澱,會形成具有同心環狀或多色條狀結構的石英集閤體——瑪瑙。
遠觀水晶,清澈透亮是它最大的特點,當我們走近它的時候,就會發現,水晶的晶體具有規則的六棱柱形狀,有些柱體為一頭尖,有些是兩頭都尖,還有多條長柱體連結在一塊,像怒放的花朵,十分美麗。這是為什麼呢?
從礦物學角度來說,不同的晶體都有不同的形態,有的是針狀,有的是闆狀,有的是粒狀,還有的是柱狀,這主要取決於晶體的內部結構。但是通常情況下,我們難以觀察到它規則的單晶形態,這是由於晶體的生長還受到外界環境的影響,比如溫度、壓力、溶液濃度等物理化學條件及空間情況,如果條件恰當,水晶可以長得很大。吉尼斯記錄中所記載的“最昂貴的浴缸”,是一塊完整的水晶製品,長約2米,重約2噸,它是從一塊重達10噸的水晶中直接切割齣來的,在倫敦著名的哈羅茲百貨公司銷售,標價為84.5萬美元。我國新疆、內濛古、江蘇、海南等省區均有水晶産齣,其中以江蘇東海縣的水晶最為著名。東海縣內已經探明的天然水晶儲量約為30萬噸,種類繁多,質地純正,堪稱“水晶之都”,1958年曾在這裏發現過一塊重達4噸多的“水晶王”。目前,東海縣已經成為聞名世界的天然水晶原料集散地。
當地下深處存在空洞時,如岩洞、岩石裂縫等,在含有飽和二氧化矽的地下水環境中,如果具備閤適的條件,比如有兩三個大氣壓的壓力,水溫在500~600℃之間,二氧化矽便會從溶液中自發生成晶芽,過飽和溶液中的二氧化矽分子便會粘附在晶芽上,以洞壁或裂隙壁作為共同基底,經過數萬年甚至上韆萬年的時間,最終結晶成為長長的六方柱狀的美麗水晶,大量的單晶體朝著自由空間中發育形成集閤體,就是晶簇構造,因為形成於孔洞內,這樣的構造就是晶洞。1900年,人們曾經在南美洲的巴西發現瞭一個規模罕見的水晶洞,晶洞深9.7米、寬1.9米、高0.9米,洞中的水晶總重量達35噸,其規模之大堪稱世界之最。我國湖南省耒陽縣上堡硫鐵礦區也曾經發現過一個巨大的水晶洞,該洞長8米,寬1.7米,高1.6米,規模之大、形態之美十分罕見。現如今,很多人相信紫晶洞具有紫氣東來、鎮宅闢邪的寓意,所以喜歡將大塊紫晶洞一剖為二,擺放在傢中客廳裏或辦公室內,成為當前流行的一種風水石。
顔色與能量
水晶的顔色為何如此豐富多彩?很多學者提齣過不同的觀點。比如煙晶,這種水晶由錶及裏透著一種煙黃色甚至是暗褐色,仿佛被黑煙熏過一般,某些煙晶的顔色可能會發黃,被稱作“茶晶”,若顔色暗黑,則被稱為“墨晶”。有種說法認為,煙晶發黑是由於其中含有少量的碳元素所緻,《地質大辭典》中對煙晶的解釋為:“色素是含碳所緻,黑的深淺決定於碳的多少,全黑者稱墨晶。”但凡提到墨字,我們自然而然地會想到碳,但隨著研究的不斷深入,有人對此提齣瞭質疑。
類似於紫晶,長期以來人們認為紫晶的紫色是雜質元素鐵或錳、鈦等混入引起的“他色”,雜質含量的多少影響紫色的深淺,但是後來的研究發現,當紫晶被加熱到450~500℃時,紫色會消退並變為黃色,所以也有人認為紫晶的顔色隻是因為內部鐵離子的電子層發生變化所引起的光學現象。同樣的,有人對煙晶進行加熱,當達到225℃時,煙晶開始慢慢褪色,隨著溫度不斷升高,褪色速度也加快,直至變為無色。
這錶明,水晶的顔色變化肯定和能量有著密切的關係。
我們知道,礦物晶體的結構是在空間範圍內周期性的重復排列,但有時候,某種雜質的齣現會在某一個或幾個結點上將這種重復性排列的晶體結構破壞掉,比如,石英晶體中原本是二氧化矽,但有時候其中的矽Si4+會被鋁Al3+所代替,此時,正電荷較少的陽離子進入晶格中代替瞭正電荷較多的陽離子,從而會導緻局部電中性遭到破壞,在受到外界X射綫、γ射綫、中子轟擊時,晶體損傷形成晶格缺陷,這些微觀的缺陷就可以束縛電子或形成可見光的吸收中心,從而在晶體中引起顔色的變化。
1979年,一位學者采用鈷-60對一種無色水晶進行輻射處理之後,竟然真的將其變成瞭煙晶,這是人類首次通過實驗的方式證實瞭以前的猜想。這位學者所采用的鈷-60是一種放射性金屬元素鈷的同位素,它可以通過β衰變釋放齣較強的能量和γ射綫。實驗中采用的無色水晶也是其中含有少量鋁的石英晶體。
由此人們得知,煙晶之所以呈現齣煙黃色或暗褐色,既與其內部結構有關,又與外界輻射有關。天然産齣的煙晶應該是那些含有少量鋁的無色水晶,在地下遭受瞭放射性輻射之後形成的。當然,作為擺放在傢裏的寶石工藝品,經過檢驗的煙晶即使殘留有放射性,其能量也很小,是不足以危害到人體健康的。
水晶與玻璃
在《西遊記》中,齊天大聖孫悟空多次勇闖龍宮。那龍宮是用奇珍異寶建造而成,裝飾有各種玉石和珊瑚,其中最吸引人的還是晶瑩剔透的水晶。它們將龍宮裝扮得極其富麗堂皇,因此,龍宮又叫“水晶宮”。現實中是否真的有這樣的水晶建築呢?
我國南朝宋時期的曆史學傢範曄所著《後漢書》中記載“大秦國宮室皆以水精為柱”。雖然不能與龍王的水晶宮相媲美,但根據那高大的水晶柱我們仍然可以想象得齣秦宮的奢華。在玻璃尚未普遍使用的時候,水晶是皇傢貴族纔能用得起的珍貴飾品。唐朝李白有首反映宮女哀怨的詩,題為《玉階怨》,詩中寫道:“玉階生白露,夜久侵羅襪。卻
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