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岩石为什么会有颜色?

 华民 2019-07-31
    接着前面的话题,说说石头的颜色。
    沙土和岩石千奇百怪,颜色多变,给大千世界增添了无穷的魅力。如各色瑰丽的宝石,丹霞地貌里的红色屑岩;如果去希腊的圣托里尼岛,可以见到各色沙滩--白沙滩、黑沙滩还有红沙滩等。这些,都是自然界的杰作,自然而不造作,给人以视觉上的享受。
    那么,为什么沙石会有不同的颜色呢?
    要回答这个问题,首先要说说什么是颜色。色是我们人眼和大脑对光的一种视觉效应,取决于光的特性。光是一种电磁波,除可见光之外,电磁波的家族里还有红外、紫外、微波、无线电波、X射线、伽玛射线等,这些“光”都是根据不同的波长来区分的。我们见到的光只是整个电磁波谱里很窄的一部分。在可见光里,根据波长的细小差别可以区别出红橙黄绿蓝紫等颜色,这是人眼可以感知并可以分辨出的光。除了波长,光还有强度的差别。
岩石为什么会有颜色?

    物体表现出的颜色与物体与光的作用有关。当岩石受到白光照射时,对光产生吸收、透射和反射等各种光学现象。如果岩石全部吸收时,呈黑色;如果对白光中所有波长的色光均匀吸收,则呈灰色;如果都不吸收则为无色或白色。如果岩石只选择性地吸收某些波长的色光,而透过或反射出另一些色光,则岩石就呈现出被吸收光的互补颜色。如此可知,蓝宝石吸收了可见光中红橙色的部分,而红宝石则是吸收了可见光中蓝紫色的部分。

岩石为什么会有颜色?

    那么,岩石为什么会吸收不同颜色,或是不同波长的光呢?这个问题比较复杂,要用到一些大学物理学的知识。这是由岩石材料的电子结构决定的,在原子结构里有能级的概念,如果能级的带宽与光的波长能匹配的话,相应波长的光通过物体时就会造成电子在能级间跃迁,而产生吸收。
    在元素周期表里,过金属以前的元素,如钠、镁、铝、硅、氮、碳或钙等,都属于较轻的元素,构成物质时电子的能带较宽,远超过了可见光的波长,通常不产生吸收。我们通常见到的长岩、砂岩都是无色或是呈很淡的颜色,就是因为普通的岩石大多是由上述轻质元素组成的。而如果有了锰、铁、钴、铜、金、银等过渡金属的话,就不同了。过金属原子有了特定的d电子能级,d能级间的宽度可与可见光的波长匹配,就会吸收特定波长的光。

岩石为什么会有颜色?
  
   金属构成的矿物,如氧化物、硫化物或是碳酸盐,往往呈现出颜色,如黄铜矿(二硫化铜),呈现金黄色,并有金属光泽;蓝铜矿是铜的碳氧化物,呈深蓝或蓝绿色,也就是我们见到的青铜器上的铜锈;锰可以使岩石呈褐或黑色。而铁是最常见的“色素”,因为地球上铁的丰度非常高。三价铁氧化物微粒可使岩石呈红色;二价的铁离子使岩石呈绿色,因三价、二价比例的不同,可呈混色--紫红、黄褐、黑色等。自然界中的岩石大多含有这些过金属的杂质或是填充物,只要百分之几的杂质即可使岩石呈现出较浓的颜色。

岩石为什么会有颜色?

    再来说说圣托里尼岛上的红沙滩、白沙滩和黑沙滩。希腊的圣岛位于爱琴海,处于火山活跃地带,地壳运动往往将深处的矿物质带出。普通的沙子是硅的二氧化物,纯的沙子与水晶是同样的成分,是无色或是白色的,不纯时带少量杂质会显淡黄色。地球深处含量最多的元素是铁,随着地壳运动,大量炙热的铁被带出来,在缺氧的情况下会被氧化成四氧化三铁,是黑色的;而在充分燃烧的情况下变成三氧化二铁,是三价的,就成了红色,由此就造成了圣岛上多姿多彩的沙滩。

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