地质公园之家为您揭秘：石头颜色各有不同的原因

2014-09-15 18:15阅读：

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我们注意到丹霞地貌是红色的岩石，多数的灵壁石是灰色的，而腊石以黄色为主，翡翠却呈现出溫暖润泽的翠绿。石头为什么会有不同的颜色？如何利用颜色辨认石头？颜色不同是成分比例不同呢还是种类的不同造成的？

灵璧石

对可见光选择性吸收是物体呈现颜色的主要原因。不同颜色的光波，一般用不同波长来表示，以纳米(nm)为单位，1m =109nm。可见光波波长约在390一760nm之间，其间波长由长至短依次显示红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色。它们的混合色就是白色。

花岗岩

当岩石受白光照射时，便对光产生吸收、透射和反射等各种光学现象。如果岩石对光全部吸收时，矿物呈黑色；如果对白光中所有波长的色光均匀吸收，则矿物呈灰色；基本上都不吸收则为无色或白色。如果岩石只选择吸收某些波长的色光，而透过或反射出另一些色光，则矿物就呈现颜色。此外，由于光波多次反射、散射、干涉等物理光学作用，亦能影响岩石的呈色。

石头具有颜色分为几种情况：

1. 自色：
岩石的颜色取决与组成岩石的矿物本身固有的颜色，称为自色，它与矿物本身的化学成分和内部结构有关，构成矿物的色素离子、晶体构造以及电子跃迁、色心等因素，致使岩石选择性地吸收一定波长的光波，余下的互补色光构成矿物的本色。而岩石最终反应的颜色是对白光中不同波长的光波吸收的结果。

橄榄岩

如果是对各种波长的光波普遍而均匀地吸收，则随吸收程度不同而呈现黑、灰、白等色。如对各种波长的光波有选择性的吸收，则呈现各种较鲜艳的颜色。

为方便理解，我们暂时就拿岩浆岩来说话。就岩浆岩来说，岩石的颜色深浅主要取决于岩石中含SiO2的饱和程度和造岩元素铁镁的含量！比如：侵入（深成）岩，橄榄岩-辉石岩-辉长岩-闪长岩-花岗岩，喷出岩，金伯利岩-玄武岩-安山岩-流纹岩，他们的SiO2的饱和程度分别为SiO2<45% ，SiO245-52%，SiO252-65%，SiO2>65%不等，而颜色的变化深（绿黑）→ 暗（绿灰）→ 中色（灰色→ 浅色（肉红、灰白）过渡。

辉石岩

2.他色：
岩石中如含有杂质，便会呈现与白色不同的另一种颜色，叫做他色。一般因含杂质或气泡等引起的颜色叫他色，腊石就是典型的他色。如腊石纯净时为无色，杂质的混入可染成黄、红、紫、蓝等色，但含少量 (Fe3+)时则成为紫色或呈玫瑰色，含少量 (Fe3+Cr3+)时成为黃色，含少量铝离子(Al3+)时成为黑色，含有机质时呈黑色。当矿物由于他色而呈色时，颜色常变化。如玛瑙就由于形成时间的不同，致色元素不同而具有各色条纹，这些美丽的条纹使玛瑙独具特色。

腊石

他色现象是岩石中出现不同颜色常见的现象之一，最常见的致色元素一般有几种，Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu，由于他们在岩石中的存在，导致晶体构造等因素的变化，致使岩石选择性地吸收一定波长的光波，余下的互补色光构成矿物的本色。大多数情况下致色规律为：
Ti——蓝、紫
V——绿、
Cr——红、金黄、紫
Mn——黑、粉
Fe（Fe2+、Fe3+致色明显不同）——黑、棕、蓝、紫、红、黄
Co——绿、粉
Ni——绿、金黄
Cu——蓝、粉

玛瑙

应该指出，由于成分、结构、键型是复杂的，引起颜色变化的因素也是复杂的。一种矿物的颜色往往是各种呈色机理所产生的总效应，如蓝宝石(含少量Fe和Ti的刚玉)的颜色是由d-d电子跃迁和离子间电子转移综合引起，即由Fe2+、Fe3+、Ti3+的d-d电子跃迁和Fe2++Ti4+/ Fe3++Ti3+的电UnRegistered子转移(Fe2+的一个电子转移给Ti4+，使形成Fe3++Ti3+的组合)，产生对红光强烈吸收，使矿物染成深蓝或蓝绿色。

蓝宝石

这里多说一句，这就是所谓的“色心致色”理论，它包括“电子色心、空穴色心和辐射色心” 电子色心：岩石矿物都在晶体结构中存在阴离子的空位，这个空位有从周围捕获电子的能力。当一个阴离子的空穴捕获到一个电子之后，这个电子具有占据不同能级和吸收光的能力，即在可见光的激发下，这个电子会从低能级向高能级跃迁，同时吸收可见光而呈色。

蓝宝石

在萤石的结构中，一个 Ca 2+ 周围与八个 F - 相连，在受到辐射时， F - 容易离开它的正常位置，这样就在原来位置上形成 F - 的空位，这个空位会从周围捕获电子，在可见光的激发下，这个电子从低能级向高能级跃迁中，吸收了红、黄、绿、蓝大部分色光，仅使紫光透出，使应萤石呈紫色。

萤石

空穴色心：在晶体结构中存在阳离子空穴，空穴周围的阴离子有成对电子，这些成对电子中的一个可以由高能辐射释放出来，形成不成对电子，同时吸收部分可见光而使物质呈色。

在实验室合成水晶时，如果加入少量铝，则在形成的无色水晶中，每 10000 个 Si 4+ 中有一个被Ａ l ３＋取代，这种材料如果受到辐射，则会转变为褐色或黑色的烟晶，将烟晶加热到４０００，又恢复了无色。

水晶

在水晶中，每一个 Si 4+ 提供４个正电荷与两个Ｏ２－提供的４个负电荷平衡。但是 Al ３＋只能提供三个正电荷。当 Al 3+ 代 Si ４＋时，就会多出一个负电荷，出现阳离子空穴；这时，铝离子周围的某个氧离子的一个电子所受到的吸引力就会减弱。为了维持结构的电中性，就必须存在另一个带一个正电荷，并能占据邻近间隙位置的阳离子，即在铝离子的附近存在一个质子（Ｈ＋）。当受到辐射时，从 Al ３＋周围的氧中能够释放出一个电子，这个电子会被Ｈ＋俘获形成氢原子。［ AlO 4 ］ 5- →[AlO ４ ] 4-+e e+H + →H 这样在每一个［ Al Ｏ４］４－原子团中就有一个不成对电子，这个电子受到可见光的激发会从低能级跃迁至高能级，同时吸收可见光的大部份或全部吸收，使水晶变为褐色或黑色的烟晶。如果代替硅的是 Fe 3+ , 则会出现浅黄色，即黄晶；辐射黄晶，会得到紫色的水晶，即紫晶。紫晶加热后恢复黄色。

紫水晶

产生色心的辐射源：短波紫外线、Ｘ射线、 γ 射线、 α 粒子，质子、中子等都可以用做辐射源，辐射产生的颜色稳定性与辐射源能量的大小有关，高能辐射源能一般能产生稳定的色心，但是有些会在宝石中留下残余放射性；能量较低的辐射源，穿透深度小，颜色仅分布在表面，而且易于退色，这一类表现最多的就是“夜明珠”。

夜明珠

在同一个岩石中，如果同时存在不同的色心离子，且数量亦不相同时，将会引起不同的颜色，故某种石头可有多种颜色，如萤石。

反之我们可以从岩石的颜色推断岩石形成的环境，对含铁岩石来说，如果颜色为红色，一般为氧化环境；而黑色页岩被认为是缺氧还原环境；碳酸盐岩被认为是温暖浅水沉积，砂岩如果分布局限可能是河道沉积；如果沉积物中动物壳非常破碎，则水动力强烈。