奇妙的礦物世界:螢光礦物(圖)
【看中國2014年01月19日訊】在自然界中孕育出許許多多各式各樣、色彩繽紛的礦物,為我們所居住的大地彩繪得更加亮麗。在眾多的礦物種類裡,色彩多變的螢光礦物總是那麼引人側目與好奇。 何謂螢光礦物?
在19世紀初期,史托克斯(George Stokes)便曾記載,當螢石(Fluorite)受到太陽光照射時,便會發出一種藍色的光芒,他將此種會發光的現象稱之為螢光(Fluorescence)。事實上,自然界中具有螢光特性的礦物並不侷限於螢石一種。當我們用紫外線或X射線照射時,有些礦物也會散發出不同的色彩,而且射源能量不同,部分礦物所呈現的顏色也會改變。到底螢光是如何產生的?常見的螢光礦物又有哪些?這是本篇所要介紹的重點。
欲揭開螢光礦物的神秘面紗,首先必需由組成礦物的基本結構談起。我們深知構成物質最基本的單元是原子,而原子是由原子核和環繞外圍的電子所組成。通常電子所繞行的軌域可分為數層,每層都有固定的能階,而且離原子核愈遠,能階愈高。
螢光礦物通常含有過渡性元素,其原子中的電子受到如紫外線等高能量照射時會吸收能量,並從低能階軌域(基態)躍升到高能階軌域(激發態)。由於處在激發態的電子極不穩定,因此,電子很快會移回到原有軌域,並釋放出能量。因為從基態至激發態過程中部分能量轉換為熱能而消耗,所以電子從高能階軌域折回低能階軌域所釋出的能量,其波長較原入射的紫外線為長。如果波長剛好落在可見光的範圍內,那麼,該礦物就會發出肉眼看得見的色光,是為螢光(圖1);而具有這種特性的礦物,我們稱之為螢光礦物。
一般的螢光礦物,在激發光源撤除後,發光會立即停止。但是有些礦物在激發光源撤除後,發光尚能維持一段時間,我們稱它為磷光。有些礦物發出的磷光僅能維持數秒鐘,有的則可持續一段很長的時間。 常見的螢光礦物 世界各地所產重要的螢光礦物約有四、五十種之多,限於篇幅,無法一一介紹。本文僅將常見的幾種,敘述如後,以供參考:
(1)方解石(Calcite)是最普通的一種螢光礦物。螢光的色彩涵蓋彩虹中所有的顏色,其中以含錳元素所展現的紅色或粉紅色最為常見(圖2)。美國德州Terlingua地區水銀礦內所產的方解石,在紫外線短波段(100-3000A)下呈現藍色或紫色的磷光;而在紫外線長波段(3000-4000A)下則顯現出亮麗的粉紅色螢光,最具特色。
(2)矽鋅礦(Willemite)是一種重要的鋅礦來源。在美國紐澤西州Franklin地區的鋅礦礦區中,矽鋅礦具有最明亮而耀眼的螢光,極富盛名。其螢光多呈綠或黃綠色(圖2),少數標本呈現黃色。
(3)白鎢礦(Scheelite)的螢光顏色會隨鉬含量多寡而改變。在紫外線短波段下,若質純時,呈現之螢光為藍白色;含少量鉬元素時,變為白色;鉬含量增多,則轉為黃色。白鎢礦是一種極富經濟價值的「鎢」的重要來源。因鎢耐高溫且不易熔化,所以廣泛被應用在燈泡的鎢絲方面,另外,在製造高速切割工具上,也是一項重要的成分。因白鎢礦的外觀多呈白、乳黃或灰色,在岩石中與其他礦物甚難分辨,因此,在第二次世界大戰鎢礦短缺之際,美國為尋找鎢礦礦源,便利用紫外線在美西一帶從事白鎢礦的探勘工作。
(4)螢石可做為煉鋼的助熔劑,系最為人知的一種螢光礦物。事實上,螢光一詞乃源自螢石這種礦物。藍色是最普遍的一種螢光色彩,尤其是在紫外線長波段照射下,藍色螢光特別顯眼。另外,有些標本也會呈現白色或乳黃色的螢光。
美國紐澤西州Franklin地區較知名的螢光礦物包括磷灰石(Apatite)、霰石(Aragonite)、斧石(Axinite)、方解石 、剛玉(Corundum)、透輝石(Diopside)、螢石、水鋅礦(Hydrozincite)、閃鋅礦(Sphalerite)、矽鋅礦、矽灰石(Wollastonite)等二十餘種,不但種類多,而且許多礦物具有鮮艷亮麗的螢光色彩,繽紛的螢光世界,著實令人嚮往。 您想目睹螢光礦物如何變臉嗎?變臉之後是呈紅色?黃色?還是綠色?本館地球環境廳地下樓「大地的結晶——礦物展示」中的「螢光」單元,陳列了6件內含方解石、矽鋅礦、水砷鋅礦(Adamite)等具螢光特性的標本,值得您一探究竟。
圖解:
1. 白鉛礦 Cerussite(黃色螢光)+ 重晶石 Baryte – Mibladen, Morocco
2. 方柱石 Scapolite(黃色螢光)- Greenvile, Ontario, Canada
3. 鋅黃長石 Hardystonit(藍色螢光),方解石(紅色螢光),硅鋅礦 Willemite(綠色螢光)- Franklin, New Jersey, USA
4. 白雲石 Dolomite – Langban, Filipstad, Sweden
5. 水砷鋅礦 Adamite – Ojuela Mine, Mapimi, Mexico
6. 白鎢礦 Scheelite(藍色螢光)- 產地不詳
7. 瑪瑙晶洞 Dugway Geodes(綠色螢光)- Utah, USA
8. 透閃石 Tremolite – Balmat, New York, USA
9. Esperit(黃色螢光),硅鋅礦 Willemite(綠色螢光)- Franklin, New Jersey, USA
10. 白雲石 Dolomite – Langban, Filipstad, Sweden
11. 螢石,方解石 – Urberg, St. Blasien, 黑森林
12. 方解石 – Capnic, Romania
13. 流紋岩 Rhyolite – 產地不詳
14. 白雲石 Dolomite – Langban/Jakobsberg, Filipstad, Sweden
15. 硅鋅礦 Willemite(綠色螢光),方解石(紅色螢光),鋅鐵尖晶石 Franklinite,薔薇輝石 Rhodonite – Franklin, New Jersey, USA
16. 鋰霞石 Eucryptite – Bikita, Zimbabwe
17. 方解石 – Schwabische Alb
18. Septarian 結核,方解石 Calcite(淺藍色螢光)- Zion National Park, Utah, USA
19. 螢石 – Upper Weirdale, Durham Co., England
20. 方解石(紅色螢光) + 綠色螢光礦物 – Jakobsberg, Nordmark, Filipstad, Sweden
21. 方解石,白雲石 – Iglesiente, Sardinia
22. 鐘乳石 Dripstones – Lykia, Turkey
23. 白鎢礦 Scheelite
24. 文石 Aragonite – Agrigenti, Sicily
25. 藍錐礦 Benitoite – San Benito, California, USA
26. 水晶 Quartz aus Schneekopfkugel – Thuringer Wald
27. 白雲石 Dolomite,鐵礦石 Iron Ore – Langban, Filipstad, Sweden
28. 未知礦物(黃色螢光)
29. 人造剛玉 Synthetic Corundum
30. Powellite – India
31. Hyalite(Glasopal)- Hungary
32. Vlasovit(黃色螢光)in Eudyalit – Kipawa, Villedieu, Quebec, Canda
33. Doppelspat – Creel, Mexico
34. 錳方解 Mangano Calcite – Langban, Filipstad, Sweden
35. Clinohydrit,Hardystonit,硅鋅礦 Willemite,方解石 – Franklin, New Jersey, USA
36. 方解石 – Urberg, St. Blasien, 黑森林
37. 磷灰石 Apatite,透輝石 Diopside – USA
38. 白雲石 Dolomite – Langban, Filipstad, Sweden
39. 螢石 – Upper Weirdale, Durham Co., England
40. 錳方解 Mangano Calcite – Peru
41. Galmei auf Zinkblende in Ganggestein – 「Gnade Gottes」, Schulenberg, Harz
42. 藍色螢光礦物 / 黃色螢光礦物 – Langban, Filipstad, Sweden
43. Glasopal – 產地不詳
44. 石膏 Gypsum – Klein-Steinbke, Konigslutter, Elm
45. 白雲石?Dolomitgangart – Langban, Filipstad, Sweden
46. 玉髓 Chalcedon – 產地不詳
47. 聖誕方解石,硅鋅礦 Willemit(綠色螢光), 方解石 Calcite(橙-紅色螢光)- Franklin, New Jersey, USA
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