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