杨晗之
开博时间：2016-11-21 20:30:00《科学画报》编辑
烟晶，宝石收藏的新宠
2014-12-26 15:18:00文/马志飞（微信特约作者）
在古人眼里，水晶是“千年之冰所化”“水之精灵”，故而又有“水玉”“水精”之别称。透明的水晶仿佛是心地善良的纯洁少女一般，出淤泥而不染，自古以来都被人奉为“纯洁、正直和善良”的象征。由此可见，水晶应该离不开“无色透明”四个字。但实际上并非如此，水晶家族远比我们想象得要庞大。
色彩斑斓的水晶家族
我们现在知道，水晶跟水没多大关系，也不一定就是无色透明的，从其矿物成分上来看，它只不过是石英，即二氧化硅，这种矿物是地球上数量最多的矿物之一，当我们踩在海边的沙滩上，脚下细腻的砂粒大部分都是二氧化硅。
水晶家族不仅在地球上分布范围很广，而且颜色多变，除了纯净无暇的透明水晶之外，还有乳白色的“乳石英”、紫色的“紫晶”、淡粉色的“蔷薇水晶”，还有的呈现出金黄色或柠檬色，叫“黄晶”，如果具有多色条带或花纹呈同心圆环状，则称为玛瑙。如此众多的水晶真可谓是琳琅满目、异彩纷呈。
在水晶大家族中，大家争奇斗艳，各领风骚，但是，有一种很不起眼的“无名小辈”，虽然很早以前人们就见过它，但它并不受人追捧。这种水晶浑身透亮，由表及里透着一种烟黄色甚至是暗褐色，仿佛被黑烟熏过一般，于是，人们称呼它为“烟晶”。某些烟晶的颜色可能会发黄，会被称作“茶晶”，若颜色暗黑，则被称为“墨晶”。比起紫晶的奢华和蔷薇水晶的艳丽，烟晶就像是默默无闻的小弟，可恰恰就是这种低调的颜色和烟波浩渺的意境给了烟晶无限的魅力，近年来，随着人们猎奇心理的不断影响，大家争相收藏烟晶，它的市场价格也节节攀升，逐渐在宝石市场上崭露头角。
能量决定颜色
关于烟晶这种特殊颜色的成因，学术界存在着争论。有种说法认为，烟晶发黑是由于其中含有少量的碳元素所致，《地质大词典》中给烟晶的解释为：“色素是含碳所致，黑的深浅决定于碳的多少，全黑者称墨晶。”但凡提到墨字，我们自然而然地会想到碳，但随着研究的不断深入，有人对此提出了质疑。
类似于紫晶，长期以来人们认为紫晶的紫色是杂质元素铁或锰、钛等混入引起的“他色”，杂质含量的多少影响紫色的深浅，但是后来的研究发现，当紫晶被加热到450～500℃时，紫色会消退并变为黄色，所以也有人认为紫晶的颜色只是因为内部铁离子的电子层发生变化所引起的光学现象。同样的，有人对烟晶进行加热，发现当达到一定温度时，烟晶居然可以退至无色。
这表明，烟晶的颜色变化肯定和能量有着密切的关系。
我们知道，矿物晶体的结构是在空间范围内周期性的重复排列，但有时候，某种杂质的出现会在某一个或几个结点上将这种重复性排列的晶体结构破坏掉，比如，石英晶体中原本是二氧化硅，但有时候其中的硅会被铝所代替，此时，正电荷较少的阳离子进入晶格中代替了正电荷较多的阳离子，从而会导致局部电中性遭到破坏，在受到外界X射线、γ射线、中子轰击时，晶体损伤形成晶格缺陷，这些微观的缺陷就可以束缚电子或形成可见光的吸收中心，从而在晶体中引起颜色的变化。
1979年，一位学者采用钴-60对一种无色水晶进行辐照处理之后，竟然真的将其变成了烟晶，这是人类首次通过实验的方式证实了以前的猜想。由此人们得知，烟晶之所以呈现出烟黄色或暗褐色，既与其内部结构有关，又与外界辐射有关。天然产出的烟晶应该是那些含有少量铝的无色水晶，在地下遭受了放射性辐射之后形成的。
细心的人可能会问，那烟晶中是否会残留放射性，进而危害到佩戴者的人体健康呢？放心吧，正规市场上的宝石饰品是没有放射性危害的，宝石进入市场前有着严格的检验程序，那些对人体有害的放射性矿物几乎不可能流入宝石市场。
烟晶的主要产地
由于石英是花岗岩、片麻岩和砂岩等多种岩石的重要组成部分，所以十分常见，但块体较大的完整石英晶体仍然不易找到。全球比较著名的烟晶产地有巴西、乌拉圭、印度、美国和墨西哥等。英国苏格兰的凯恩戈姆山脉盛产烟晶，这里发现的最大一块烟晶重达23.6千克，目前被珍藏在苏格兰当地的一座古堡中。
我国新疆、内蒙古、江苏、海南等省区均有水晶产出，其中以江苏省东海县的水晶最为著名，这里探明的天然水晶储量约为30万吨，烟晶、紫晶、黄水晶种类繁多，是闻名世界的天然水晶原料集散地，有着“水晶之都”的美誉。
烟晶因其特殊的美学价值常成为名贵的工艺品雕刻材料，但这只是水晶家族中的一个应用领域，水晶的工业价值远不止如此。在工业用途上，由于水晶硬度较大，仅次于金刚石（莫氏硬度为10）、刚玉（莫氏硬度为9）和黄玉（莫氏硬度为8），抗风化能力强，研磨之后的石英粉可以做成金属抛光剂，常应用于研磨机、喷砂机中。
此外，由于石英可以产生压电效应，也就是说，当这种晶体某一方向上受到压应力或者张应力的作用时，会导致垂直于应力的两边表面上产生正负相反的电荷，如果机械压力一压一张交替作用，就可以产生交变电场，根据这种性质，水晶被广泛用于制作高精度的压电石英元件，比如谐振器、滤波器等，它们都是现代国防、电子工业中的重要部件；有些水晶可以用来制造石英折射计、光谱仪等高级光学仪器，或者用来熔制石英玻璃，这是一种只含有二氧化硅单一成分的特种玻璃，耐高温、耐腐蚀，可作为国防工业、冶金、化工和建筑等行业的重要原材料，比如现在市场上很多价格昂贵的茶色眼镜，就是用烟晶制作而成的。
（马志飞，北京市地质研究所工程师。图片来源于互联网。）
——选自科学画报微信
欢迎关注科学画报微信，精彩内容天天有！
周一：【上期答题】公布上期动脑筋答案及获奖名单。
周二：【生活百科】介绍生活中的小常识、小窍门。
周三：【科技新词】让不断出现的科技新词离我们不再遥远。
周四：【院士讲坛】听院士谈科技、谈生活、谈未来。
周五：【科技人生】讲述杰出科学家感人至深的人生经历。
周六：【精彩美图】精美图片诠释科技。
周日：【每周一榜】汇总最新科技资讯，回顾历史沧桑巨变，盘点古今科学进展，点评中外技术变革。
京公网安备11010502039775号
