一、 地球的结构

在浩瀚无垠的宇宙中，有众多的像我们所见到的银河样的星系，“我们的银河”是一个扁平的旋涡状的星系，其直径约 10 万光年，我们的太阳系的位置是在距银心约三分之二半径的地方。据估计，银河系中有 1400 亿颗恒星，此外还有许多由气体、星际物质组成的星云。包括九大行星在内的太阳系的直径约 1.2 × 10 10 公里。沿银河系的直径可以并列 90000 万个太阳系。地球是太阳系中一颗较小的行星，它的半径约 6400 公里，它以椭圆形的轨道围绕太阳运转。公转的轨道平均约 1.5 亿公里。

人们一般认为地球是一个球形体，人造地球卫星拍摄的地球的照片上，地球的轮廓似乎是一个正球体。但是根据测量资料分析，地球实际上近乎一个三轴椭球体，即地球的赤道不是正圆形，而是呈椭圆形，长轴比短轴约长 430 米；平均赤道半径比平均极半径长 21374 米，南极半径又比北极半径短约 40 米，所以它的北极突出，南极向里凹进，从整体上看，地球大致呈梨形。

1、地球内部的圈层构造

目前，最深的钻井不过 11 公里，更深处的物质还没有直接测量的资料。一般根据地震波在地球内部不同深度波速的变化间接推测该处物质的状态和密度。

通过对大量的天然地震波传播方向和速度的分析研究，发现地震波在地内的传播速度在横向上的变化小，在纵向上的变化大；在一定的深度上波速有跳跃式的变化（增大或减小），而且在地球不同的地方，在大致相同的深度都有类似跳跃式的变化。由于地震波速与物质的密度有严格的相关性，所以这种现象说明地球内部物质在纵向上有明显的不均匀性，而在横向上相同的物质有层状的连续性。这就是说，地球内部存在由不同物质组成的圈层构造。

地震波发生跳跃式变化处，反映该深度上下的物质在成分上或物态上有较大的变化，即存在一个分界面，地球物理学方面称之为不连续面。从地表到地心发现有两个最明显的不连续面：在平均深度为 33 （ 10~70 ）公里处的不连续面称为莫霍洛维奇面或莫霍面，在 2898 公里处的不连续面称为古登堡面（莫霍洛维奇，南斯拉夫地球物理学家， 1909 年发现莫霍面；古登堡，美国地球物理学家， 1914 年发现古登堡面）这两个不连续面就把地球分为三个圈层：地壳、地幔和地核。再根据次一级的不连续面把地幔分为上地幔和下地幔；把地核分为外核、过渡层和内核。

㈠地壳：
位于莫霍面以上的岩石圈称为地壳。它的表面是不包括水体的大陆地表和海洋的底面，与地球的外部各圈层直接接触。
地壳的厚度很不均匀，大陆上许多高山地区的地壳厚度约 60~70 公里，而大洋底部的地壳仅厚 4~6 公里。平均厚度约 16 公里。地壳内部有一个次一级的不连续面，称为康拉德面，把地壳分为上下两层。上一层为硅铝层，主要由沉积岩和花岗岩类岩石组成，密度 2.7g/cm 3 , 化学成分主要为 SiO 2 、 Al 2 O 3 、 K 2 O 、 Na 2 O 等；下一层为硅镁层，主要由玄武质岩石组成，密度 2.9g/cm 3 ，化学成分主要为 SiO 2 、 Al 2 O 3 、 MgO 、 CaO 、 FeO 等。地壳的平均厚度占地球半径的 1/400 ，地壳的总质量约 5*10 19 吨，占地球总质量的 0 .8% 。
在横向上可以将地壳分为大陆地壳和大洋地壳两个类型，大陆地壳的厚度大，具双层结构，即在硅美层上面有较厚的硅铝层。大洋地壳的厚度小，硅镁层不厚，但是连续分布，硅铝层很薄，部分洋底甚至缺失，海水直接覆在玄武岩层之上。

㈡地幔：
从莫霍面到古登堡面之间的地球圈层称为地幔。地幔的质量约 4 。 05 × 10 27 吨，占地球总质量的 67 .8 % ，密度从浅到深由 3.32g/cm 3 递增到 5.56g/cm 3 ，在深度为 984 米处有一个次一级的不连续面，叫雷波蒂面，此面把地幔分为上地幔和下地幔两部分。

1. 上地幔：一般认为上地幔的物质成分类似橄榄岩，因为此地地震波的数值和在橄榄岩中实验所得的数据类似，所以也有人把上地幔叫做橄榄岩质层。橄榄岩的化学成分和玄武岩相比，其 SiO 2 的含量更少。而 MgO 、 FeO 的含量更多，和宇宙中来的数量最多的陨石相似。上地幔物质的平均密度为 3 .8g/cm 3 ，下界温度为 1200~1500 o C ，压力达到 38 万个大气压。

在深度约 50-200 公里处，地震波的传播速度明显降低，叫古登堡软流层。据推测，此处由于放射性元素的大量聚集，衰变释放出大量热能，使该层形成潜柔性的塑性层，局部甚至呈熔融状态，所以又称为软流层。一般认为它可能是岩浆的发源地，地壳运动和岩浆活动都可能与软流层的运动有关。

2. 下地幔：地震波在下地幔中的传播速度作平缓增加，物质的平均密度达到 5.6g/cm 3 ，一种观点认为，下地幔物质主要由金属硫化物和氧化物组成， Cr 、 Ni 、 Fe 等成分有显著增加；另一种观点认为，这里的物质并不是金属硫化物和氧化物，而是硅酸盐物质在强大的压力下形成的一种较致密的物质。下地幔的下界温度推测为 1500~2000 o C ，压力达到 137 万个大气压。

㈢地核：

位于 2898 公里的古登堡面以下到地心的部分叫地核。根据地震波在地核内的传播情况，地核可分为外核、过渡层和内核三部分。外核是液态；内核一般认为是固态，但也有人认为主要是液态。地核的物质成分争论最多，有人推测与铁陨石的成分相当，即主要是铁，并含有 5~20% 的镍。也有人认为是铁与较轻元素的合金，在已知的合金中，由铁（ 80% ）和硅（ 20% ）组成的合金最接近于地核的性质。因此对于地核的密度，前者认为约 17g/cm 3 , 后者认为约 13g/cm 3 。地心的压力可达 360 万大气压，温度 2000~3000 o C, 也有人推测可达 6000 o C 。

2、地球外部的圈层构造

地壳以外有三个圈层，即大气圈、水圈和生物圈，统称为地球的外圈。

㈠大气圈

大气圈是环绕地球最外层的气体圈层。大气圈的主要成分为氮、氧、氩、碳、氦和氢等元素。大气的总质量 5 .13*10 15 吨，约为地球总质量的 0.0009% 。由于地球的强大吸引力，它的 79% 集中在底层，越向上空气越稀薄。大气上界的具体数字还难以确定，据人造地球卫星所测的资料，在 16000 公里的高空仍然存在着极稀薄的气体离子和基本粒子。

大气中的 O 2 和 CO 2 ，大气的温度变化以及各种天气想现象，都直接作用与地表的岩石，大气的活动是水圈的循环必不可缺的环节，大气的存在和活动是生物圈存在的根本条件。

㈡水圈

水圈包括海洋、湖泊、沼泽、江河、地下水、冰盖和冰川等，它是一个连续但极不规则的圈层。地球上水体的总质量为 1.41*10 18 吨，占地球总质量的 0.24% ，其中绝大部分集中在海洋里。

若地球的表面完全没有起伏，则全球将被深达 2745 米的海水覆盖；若地球上的冰川和冰盖全部融化，则海洋的水位将升高 70 米。

水圈中的水，在太阳能的作用下终年运动着。地表水蒸发至大气圈，大气圈中的水凝聚成雨、雪降落至地表，补给地表水和地下水，构成水圈的大循环。

据推算，地表因蒸发进入大气的水中，有 84% 来自海洋， 14% 来自大陆；但是每年又把同样体积的水送还给地表，其中 79% 降落到海洋里， 21% 降落在大陆上。对于大陆来说，降水量大于蒸发量，多余的降水便从大陆流入海洋，这就是地球上江河奔流不息的原因。

㈢生物圈

生物圈是指地球上各种生物生存活动的范围，向上可达 10 公里的高空。向下可达最深的海洋洋底以及大陆 3 公里深处。但大量的生物则集中在地表和水圈上层。许多动物和植物直接参与了地表岩石的破坏和建设作用。

二、地壳的物质组成

地壳是由岩石组成，而每种岩石又是由一种或几种矿物组成，例如花岗岩是由长石、石英等矿物组成，玄武岩是由辉石和斜长石组成。矿物是由一种或集中元素组成的单质或化合物。组成地壳的最基本的物质是化学元素。

一、地壳的化学成分

地壳是由各种化学元素组成的，从 19 世纪开始，科学家们就着手研究地壳中化学元素的分布特点和规律。其中很重要的手段就是在世界各地采集有代表性的岩石标本进行定量化学分析，以求得地壳中各种元素平均的重量百分比——国际上通常称为克拉克值。结果表明组成地壳的元素大约有 92 种，这些元素在地壳中的分布是很不均匀的，其中 O 、 Si 、 Al 、 Fe 、 Ca 、 Na 、 K 、 Mg 、 Ti 、 H10 种元素占地壳总重量的 99.96% 。同时地壳中的各种元素在不同地区、以及地壳的不同深度的分布也是不均匀的。

二、地壳的物质组成

㈠矿物：矿物是地壳中由地质作用形成的单质和化合物，它们具有相对固定的化学成分和物理性质，固态者还具有一定的晶体结构，它们在一定的地质作用中产生，是构成岩石和矿石的基本单元。自然界已知的 3000 多种矿物，绝大部分是固体；而固体矿物中，绝大部分是晶体。每一种晶体都具有特定的的化学成分、结构、物理性质，这些是鉴定晶体的重要依据。有不到 100 中矿物可以作为宝石。

㈡岩石：
岩石是天然产出的具有一定结构构造的矿物集合体，其中绝大部分岩石是多矿物集合体，少部分是单矿物集合体。

按不同的成因，可以将地壳中的岩石分为三大类：即岩浆岩、沉积岩、变质岩

⒈岩浆岩

岩浆是在上地幔及地壳深处形成的高温粘稠富含挥份的硅酸盐熔融体，岩浆冷凝固结后形成的岩石称为岩浆岩。其中在地表以下的不同深度形成的岩浆岩称为侵入岩；在地表以上形成的岩浆岩称为喷出岩或火山岩。

岩浆岩类型：根据岩浆岩中 SiO 2 的含量不同分为四大类，即超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩。

超基性岩类（橄榄岩 - 苦橄岩类）： SiO 2 的含量〈 45% ，主要由铁镁矿物橄榄石，辉石组成，侵入岩的代表岩石为橄榄岩，喷出岩的代表岩石为苦橄岩，以侵入岩较常见。其中，结晶颗粒大、质地纯净的镁橄榄石、橄榄石晶体可以作为宝石。

另一类超基性岩是金伯利岩，主要矿物为橄榄石，次要矿物为金云母，金伯利岩又称角砾云母橄榄岩，金刚石就产与金伯利岩中。

基性岩类（辉长岩 - 玄武岩类）： SiO 2 的含量 45%~53% ，主要矿物为辉石和斜长石。玄武岩是地壳中分布最广的岩浆岩。在玄武岩中发现的宝石有红宝石、蓝宝石、石榴石、尖晶石等。

中性岩类（闪长岩 - 安山岩类）： SiO 2 的含量 53%~65% ，主要矿物为角闪石和斜长石。

酸性岩类（花岗岩 - 流纹岩类）： SiO 2 的含量〉 65% ，主要矿物为石英、钾长石、纳长石，次要矿物为黑云母。

花岗岩是地壳中分布最广的侵入岩。许多宝石矿物与花岗岩特别是花刚伟晶岩有关。由于酸性岩浆中富含挥发份（ H 2 O 、 F 、 Cl 、 B 、 N ），在主要矿物结晶以后，这些组分在残余岩浆中得以富集，同时，岩浆的粘度也随着主要硅酸岩矿物的析出大大降低，残余岩浆可以集中在岩体中央的洞穴和裂隙中形成大的晶体。像绿柱石、电气石、黄玉、锆石、水晶、紫晶等。此外，岩浆期后热液还可以在岩石裂隙中形成蛋白石、绿松石、玉髓、玛瑙等。

⒉沉积岩

沉积岩是在地表及地表以下不太深的地方形成的一种地质体，它是在常温常压下由风化作用、生物作用及某种火山作用形成的物质经搬运、沉积、成岩等作用形成的岩石。

⑴沉积岩的类型

陆源碎屑岩类：砾岩、砂岩、粉沙岩。

粘土岩类：粘土、泥岩、页岩。

化学岩及生物化学岩类：硅质岩、碳酸岩盐、岩盐等。

⑵与沉积岩有关的宝石：

在风化沉积过程中形成：煤精、珊瑚、硅化木、芙蓉石、玉髓、碧玉等

从陆源区搬运而来的宝石。

3 变质岩

地壳中已经形成的的岩石，在高温、高压和新物质的参与下，发生成分、结构、构造等方面的变化而形成的新的岩石。

⑴变质岩类型

接触变质岩：当岩浆侵入围岩，由于岩浆热的烘烤，同时，岩浆中所含化学活性较高的气态和液态组分会进入围岩，使围岩发生化学成分、矿物成分和结构构造的变化，由此形成的岩石称为接触变质岩。接触变质岩主要分布在岩体与围岩的接触带附近，主要有大理岩、石英岩、矽卡岩等。

区域变质岩：在地壳运动产生的强大地应力的作用下，加上温度、静压力和化学活动性的流体的共同作用，使大区域范围的岩石发生变质，形成新的岩石称为区域变质岩。

三、我国宝玉石矿床类型和分布特点

我国迄今共发现宝玉石矿点 200 多处，宝玉石品种近 60 种。按成因可以分为内生矿床、外生矿床和变质矿床。

一、内生矿床

与岩浆活动密切相关的矿床，包括岩浆矿床、伟晶岩矿床、气成热液型矿床和热液型矿床。

㈠岩浆岩型宝石矿床

⒈金刚石矿床：我国的金刚石矿床为金伯利岩型，主要产地辽宁瓦房店和山东蒙阴。

⒉蓝宝石矿床：产于玄武岩中，山东昌乐新生代玄武岩中的蓝宝石矿床是我国最大的蓝宝石矿床。此外在福建明溪、江苏六合、辽宁营口等地有十几个矿点。

⒊橄榄石矿床：产于玄武岩中，主要产地为河北万全县。

⒋梅花玉：是一种杏仁状的玻基粗面岩，在深褐或黑色底色上面布满红、绿、白、黄色的梅花状的图案。

㈡伟晶岩型宝石矿床

伟晶岩是宝石的天然宝库，主要有绿柱石、电气石、托帕石、水晶、石榴石等。我国最大的伟晶岩宝石矿床是新疆的阿勒泰伟晶岩矿床。此外还有内蒙古角力格太、云南贡山及元阳、金坪；湖南宜章等地。

㈢热液 — 交代型宝玉石矿床

⒈超基性岩交代岩型宝玉石矿床：主要有翡翠、软玉等矿床。

⒉接触交代型宝玉石矿床：我国的新疆和田玉（软玉）、辽宁岫岩玉属于此种类型。

㈣热液型宝玉石矿床：主要有独山玉（河南南阳）、鸡血石（内蒙巴林、浙江昌化）、玛瑙、田黄石（福建寿山）等。

二、外生矿床

在地表或近地表的岩石或矿床，在太阳、流水、大气和生物的作用下，发生机械破碎和化学变化，形成的产物在原地或经介质的搬运，在适宜的环境下聚集起来，形成有用矿物的堆积体 — 外生矿床。外生宝玉石矿床主要包括风化矿床和砂矿床。

㈠风化矿床

暴露在地表的岩石或矿床经过机械破碎和化学变化，使有用物质在原地聚集形成的矿床。

⒈残余矿床

原生岩石或矿床经化学变化，成矿物质物质在原地聚集形成的矿床。与残积、坡积砂矿床不同的是，它的组成矿物已经不是原岩中的矿物，而是经过风化作用形成的新矿物。

⒉风化 -- 淋滤矿床

原生岩石或矿床经化学变化形成胶体溶液或真溶液，成矿物质随地下水向下渗透到风化壳的下部，或进入原岩或原矿床内，与原岩或原矿床内的物质产生交换，形成新的有用矿物的聚集体 — 风化淋滤矿床。有价值的宝玉石矿床有：

⑴绿松石矿床：含磷和铜的硫化物矿物的中酸性火山岩的风化带中，常常形成大型的绿松石矿床。

⑵孔雀石矿床：主要分布在铜矿床、铜铁矿床的氧化带内。

⑶欧泊矿床：与沉积岩的古风化壳有关。

⑷绿玉髓：产于含镍超基性岩的风化壳中。

㈡砂矿床

原生矿床或岩石机械破碎后形成的碎屑在原地或被介质搬运，在搬运过程中发生机械分异作用，形成砂矿床。

⒈残积、坡积砂矿

暴露在地表的岩石或矿床在风化作用下崩解为岩石碎块和矿物碎屑，其中可溶的和较轻的部分被水带走，难溶的和较重的部分在原地保留下来，成为残积物，当其中有用物质聚集达到工业要求时，就形成残积矿床。

如果残积物在流水和重力的作用下，沿山坡逐渐向下移动，在斜坡下面平缓处堆积下来，就形成坡积砂矿。残积、坡积砂矿离原生矿很近，是原生矿可靠的找矿标志

⒉洪积砂矿

山区暴雨形成的洪流，流速很大，携带大量的碎屑物质沿山沟顺流而下。在出山之后，由于通道突然开阔。水流分散，流速迅速减低，搬运的物质就逐渐沉积下来，在山麓、谷口、盆地边缘以及岩溶盲谷中形成洪积物。洪积物里的砂矿称为洪积砂矿。原生矿附近的洪击砂矿，常常具有较大的工业价值。

残积、坡积砂矿和洪击砂矿是许多优质宝石的重要来源。例如，南非、澳大利亚等地的金刚石矿床主要产在残积、坡积砂矿中；缅甸优质红宝石矿床常常富集在含红宝石变质大理岩的溶洞中。

⒊冲击砂矿

冲击砂矿是河流形成的砂矿。冲积砂矿主要分布在现代河床以及两旁的河漫滩、河流阶地中，即顺河分布。此类矿床种类多，分布广，价值大，其中含有许多有价值的宝玉石矿产。

⒋滨海砂矿

在海岸附近，由于潮汐和暗流作用使有用矿物聚集，可以形成规模巨大的滨海砂矿。砂矿层常呈狭长的条带状，沿现代海滩展布，延伸可达数十至数百公里，向海方向逐渐变薄尖灭。

三、变质矿床

由变质作用形成的矿床称为变质矿床。变质作用是在地球内力的影响下，原岩在基本保持固态的条件下发生矿物成分和结构构造的变化，形成在新条件下稳定的岩石的过程。由岩浆期后气水热液交代作用引起的岩浆岩自变质作用不在此范畴。我国这类宝石矿床比较少，主要有产于浅变质细粒石英岩中的内蒙古绿玉髓矿床和河南密玉矿床。变质作用中形成的分散的宝石矿物可以作为砂矿的物质来源之一。

四、宝玉石的力学性质

解理、裂开和断口

晶体在外力的作用下沿特定的结晶方向破裂成光滑平面的性质称为解理，破裂面称为解理面。解理总是在原子或离子连接薄弱的面网之间产生，因此解理面总是平行于晶体结构中面网密度较大的面网，阴阳离子电性中和的面网，同号离子相邻的面网以及最强化学键的方向。

解理是晶体的固有性质，可以根据解理鉴定宝石矿物。在宝石加工中，质量较次的部分可以利用解理除去。但是总的说来，解理对于宝石和宝石加工不利的方面可能多于有利的方面。

例如，平行解理面的方向抛光宝石实际上是不可能的，再加上易产生解理的宝石在研磨抛光时有可能裂成两片或更多碎片，使这种宝石的加工成为困难，黄玉具有完全的底面解理，宝石工匠在加工黄玉时，必须保证没有小面平行于解理面，而是使小面与解理面之间至少有 5 0 的夹角。否则，细磨和抛光均可导致小面粗糙不平。

如果在晶体结构中的某些面网之间存在着由细小包裹体构成的夹层，或者存在着聚片双晶，当晶体受力之后，会沿着这些方向破裂成光滑平面，称为裂理面。裂理不是晶体的固有性质，而是与生长环境有关。因此，同一种宝石，有的产生裂理，有的则不产生。

断口则是矿物或岩石受力后产生的不规则破裂面，如蛋白石的贝壳状断口，软玉的锯齿状断口等。

硬度和韧度

宝石的耐用与否，很大程度上取决于它的硬度。硬度是指宝石的耐磨程度，或其它物质对它刮、磨、擦后的反映。不同的宝石有不同的硬度。金刚石是目前世界上人们已知的最硬的物质，也是唯一硬度为 10 的矿物。刚玉则是目前知道的自然界中唯一的硬度为 9 的矿物。硬度和韧性的概念不同。韧性的特征是一块宝石易碎程度相比较而言的。一块石头，有可能具有很好的韧性，但它不一定硬；或许硬，但它不一定坚韧。有些矿物如缺乏坚，韧也容易劈裂，这种物质是不适合作宝石的。钻石非常坚硬，但它不很韧。祖母绿由于比较脆所以在佩戴过程中要加倍小心，莹石，既不硬也不韧，又易碎软玉不太硬，但特别韧。韧性的宝石，在佩戴方面可能比硬的宝石效果更好。

宝玉石硬度的大小体现了宝玉石抵抗外来机械作用力——刻划、压入、研磨的能力。宝玉石的硬度是其内部结构牢固性的一种表现，这种牢固性主要取决于化学键的类型和强度。

宝石的硬度是决定宝玉石耐久性的重要的因素。一些年代久远的宝石首饰表面会出现划痕，变“毛”并失去光泽，这是因为许多宝石的摩氏硬度小于 7 ，而空气中的尘埃主要是由摩氏硬度为 7 的细粒物质组成，磨蚀无休止的作用于这些宝石，但是其作用的结果往往许多年之后才变的显著。此时，宝石应重新抛光。同时，珠宝商应对买主说明摩氏硬度小于 7 的宝石耐久性的不足。

玉是多矿物或单矿物集合体，在不同的矿物微晶之间，或者同种矿物微晶的不同取向上都存在着硬度差异。在抛光的过程中， 如果使用的磨料的硬度较低，甚至低于玉中较硬的矿物的硬度，则较软的部分磨蚀速度大于较硬的部分，于是在玉的表面留下轻微不规则而且非常细小的凹坑，称为 橘皮效应。

硬度测试带有破坏性，所以在宝石测试中不做或只是最低限度使用。

一套由摩氏硬度计中的矿物组成的硬度笔，适用于测定未抛光的材料、雕刻品或雕像形式的装饰宝石。这种测试只能在宝石不易被发现的部位进行，此时，测试者需用放大镜观察测试结果，以确保只有极小的刻痕。

使用硬度笔时，总是从软笔到硬笔依次进行，以便获得唯一的一道刻痕。这条刻痕，应该是所有能刻划待测材料的硬度笔中，硬度最低的那支笔留下的刻痕。如果反顺序使用硬度笔，那么，在你找到能够刻划材料的最低硬度的笔之前，可能已经有不止一道的刻痕了。

不同硬度的宝石如果混装，较软的宝石表面会受损，特别是与钻石包在一起时，受损更明显。锆石尽管较硬（摩氏硬度 6.5-7.5 ），但是性脆，即使稍微于其它软的物质接触，就立即产生磨损；甚至用宝石包装纸松散地包装，其小面边棱也会产生破损，这种现象称为纸蚀。

密度和相对密度

1 密度：指物质单位体积的质量，单位 g/cm 3 。

2 相对密度（比重）：在 4 o C 及标准大气压条件下，材料的重量与等体积水的重量的比值，为材料的比重或相对密度。

相对密度（ SG ） = 材料在空气中的重量 / 等体积水的重量

宝石的精确比重可以用静水称重法求出，精度取决于所用天平的灵敏度，操作过程，宝石的大小等因素。精确称出宝石在空气中的重量（ W 1 ）、宝石在水中的重量（ W 2 ）；等体积水的重量等于宝石在空气中的重量（ W 1 ）减去宝石在水中的重量（ W 2 ）。宝石的比重即可以用下式求出：

SG=W 1 / W 1 - W 3

此外，还可以使用一套已知比重的重液，来测定宝石的近似比重。

比重或密度是宝玉石的重要参数，在有些宝玉石种的鉴定中需要精确测定比重值，宝石比重也是区别有机宝石以及塑料仿制品的重要依据之一。

五、宝玉石的光学性质

颜色

技术问题可以得到不同精确度的回答。如果孩子问母亲“草地为什么是绿色的？”可能得到的回答是：“就是这样的”。这个回答的含义显然是说绿色是草的固有性质。见识较高的回答可以是：草之所以呈现绿色是因为它反射绿光而吸收其它所有颜色的光。

颜色不是物体的固有性质，它只是光作用于人的眼睛而在大脑中产生的一种感觉，这种光是从物体表面反射或透过物体后到达我们的眼睛的。激发人的眼睛和大脑的色觉需要三个条件：

（1） 白光光源；

（2） 与白光作用（吸收、反射、衍射、干涉、色散等）的物体；

（3） 接受光信号的健康的眼睛和解释它的大脑。

（一）、白光的组成

白光是由七种不同波长的单色光组成。波长范围大致在 400~700nm ，能量在 1.7~3.1eV 之间，这七种单色光大致的波长范围，根据牛顿的经典细分是：

红 —700~630nm;

橙 —630~590nm ；

黄 --590~550nm ；

绿 —550~490nm ；

蓝 —490~440nm ；

靛（紫） 440—400nm 。

白光通过棱镜或光栅可以分解产生这些颜色的光谱，这种现象称为色散。

（二）、宝玉石颜色的成因

颜色有不同的成因，要解释颜色的一切起因，至少需要援引五种理论或表达形式，而要想严格论述这些理论中的任何一种，都至少需要整整一卷书。宝玉石颜色的成因，主要有五类不同的情况：

1 ．过渡元素离子致色（晶体场理论）：

当一个过渡元素（ V 、 Ti 、 Cr 、 Mn 、 Fe 、 Co 、 Ni 、 Cu ）的离子处于结晶场中时，它的 d 轨道就要发生分裂，从而形成不同的能级，这些能级之间的能量差，一般与可见光的某个波长相对应。如果宝石中含有某种过渡元素离子，当白光通过宝石时，由于受到光的激发，过渡元素离子 d 电子层中电子会发生跃迁，即从能量较低的 d 轨道（称为基态）跃迁到能量较高的 d 轨道（称为激发态），在此过程中，电子强烈吸收特定波长的色光，从而使宝石呈现剩余波长的颜色。

2 ．电荷转移致色（分子轨道理论）：

d 电子的跃迁过程，不仅可以发生在过渡元素离子的内部，而且在晶体结构中相邻的离子之间也可以发生。电子从一个离子的轨道跃迁到相邻另一个离子的轨道上，叫做电荷转移，此过程中，电子吸收了特定波长的色光，从而使宝石呈色，电荷转移主要有两种情况：

①　相邻过渡元素离子间的电荷转移：

当一个过渡元素以两种或两种以上的氧化态（如 Fe 2+ 和 Fe 3+ 、 Mn 3+ 和 Mn 2+ 、 Ti 3+ 和 Ti 4+ ）在同一晶体结构中并存时，相邻离子间的电荷转移比较容易发生，这种转移使离子的价态发生短暂的改变（ 10 -15 s ）。根据涉及的两个阳离子是否相同，又可以分为同核电荷转移（如 Fe 2+ →Fe 3+ ）和异核电荷转移（如 Fe 2+ →Ti 4+ ）。蓝宝石就是 Fe 2+ →Ti 4+ 之间的异核电荷转移致色。在蓝宝石的晶体结构中， Fe 2+ 和 Ti 4+ 是代替 Al 3+ 占据八面体配位位置。当受到可见光的激发，电子会从 Fe 2+ 移向 Ti 4+ ，即从低能级向高能级跃迁，能级差为 2.11eV ，相当于黄橙光的能量，因此， Fe 2+ 的电子在转移给 Ti 4+ 的过程中，要不断地吸收黄橙色的光波，使宝石呈现蓝色。

② 中心阳离子与周围阴离子之间的电荷转移：

这种电荷转移多发生在金属阳离子与氧离子之间，如 O 2- → Fe 3+ 之间、 O 2- →Cr 3+ 等。 O 2- →Fe 3+ 的电荷转移吸收可以从紫外一直到蓝光波段，蓝紫光的吸收使宝石呈现黄色。黄色蓝宝石、黄色绿柱石的黄色，均是由 O 2- → Fe 3+ 之间的电荷转移所致。

3、能带致色

根据原子结构模型，自由原子中的每一个电子，都位于一定的能级上，各能级相互分立而不连续。但是在晶体结构中，由于原子之间的距离很小，每一个原子的外层电子，都与相邻近的原子中的电子发生强烈的相互作用，结果使原子轨道重叠，并发生能级分裂，这些能级间的能量差很小，每个能级都分布在具有一定宽度的能量范围内，构成能带。完全被电子占据的能量较低的能带称为满带；部分被电子占据的能量较高的带称为导带。满带和导带之间的能量间隔称为禁带或带隙。
如果带隙的宽度，即它的能量间距比可见光的能量（ 3.1eV 、紫端）大，可见光不足以激发电子向较高的能带跃迁，可见光可以全部通过，宝石为无色透明。
当带隙宽度小于可见光的能量（ 1.77eV ），所有的可见光都用来激发电子从满带向导带跃迁，所有的可见光均被吸收，宝石为黑色或灰色。
若带隙宽度恰在可见光的能量（ 1.77~3.1eV ）范围之内，则与带隙宽度相当的那部分可见光被吸收，剩余的色光构成宝石的颜色。
许多透明晶体的带隙宽度都大于可见光的能量，在正常情况下，可见光不足以激发电子，这时宝石为无色。但是，当宝石结构中含有杂质元素时，这种电子的跃迁过程就可以发生，从而引起宝石对可见光的选择吸收，使宝石呈色。
金刚石的带隙宽度为 5.5eV ，纯净时无色。当结构中含有少量的氮时，由于氮原子最外层有五个电子，比碳原子多一个，这个多余的电子在带隙中形成一个杂质能级，称施主能级，使带隙之间的能量差降低，可吸收紫光，使金刚石呈黄色。当含有少量的 B 时，由于 B 最外层有三个电子，每一个 B 代替 C 都缺少一个电子，构成空穴，这种空穴可以接受来自满带的电子，形成一个受主能级，使金刚石呈蓝色。

4、色心致色
色心是能够吸收可见光的晶格缺陷。在这种机制中，尽管不含有色素离子，颜色的产生还是与电子的运动状态有关。

1. 电子色心：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，同时吸收可见光而使宝石呈色。

自然界产出的萤石（ CaF 2 ），有些呈紫色，没有分析出任何杂质元素与这种紫色有关；任何无色的萤石，即使是人工合成的极为高纯的晶体，如果用高能辐射源照射，都可以产生这种紫色。

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。

2. 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宝石呈色。

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４００ ０ ，又恢复了无色。

在水晶中，每一个 Si 4+ 提供４个正电荷与两个Ｏ ２－ 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。

Ｏ ２－ → Ｏ － +e

或：

［ AlO 4 ］ 5- →[AlO ４ ] 4- +e

于是：

e+H + →H

这样在每一个［ Al Ｏ ４ ］ 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。

3. 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。

5、几何、物理光学致色

1. 干涉：由两列具有相同波长、相同振动方向和恒定相位差的光波在空间迭加时，在交迭区形成的恒定的加强和减弱的现象，称为光的干涉。干涉是波的一个重要特性。波在交迭区域中，有的地方振动加强，有的地方振动减弱，形成干涉图样。单色光的干涉图样是明暗相间的条纹，白光的干涉图样是彩色的条纹。

与单纯的干涉作用有关的颜色有拉长石的变彩等。在拉长石的结构中，存在着由聚片双晶构成的薄层，可见光射入这些薄层时，会产生薄膜干涉，当从一定的角度观察时，能够看到鲜艳明亮的干涉色，以蓝色最为常见，绿色、橙色较少见。

2. 衍射：是指光在传播过程中通过障碍物边缘或孔隙、狭缝时偏离直线传播的行为。衍射产生的颜色是由于衍射光线的干涉作用。衍射光束之间干涉产生颜色，主要见于衍射光栅中，也可以在蛋白石，日冕、日晕、及一些动物中见到。

蛋白石是一种天然含水非晶质二氧化硅（ SiO 2 .n H 2 O ），结构中二氧化硅小球体在三维空间规则排列，球体之间存在水分子，如果球体的大小十分均匀，就形成了三维的衍射光栅，可能出现的颜色与球的大小和入射角有关，如果球太小，只有紫外部分被衍射，此中蛋白石不出现干涉色。直径大于 338 nm, 衍射被限于红外。当直径在在 138~338nm 之间，可以出现不同的干涉色。

3. 散射：光波在介质中传播时，部分光波偏离原来方向而分散传播的现象。引起光散射的原因有二：一是由于介质中存在其它物质的微粒；二是由于介质自身密度的不均匀。

瑞利散射；入射光在线度小于光波长的微粒上散射的现象。散射光的波长与入射光相同。散射光的强度与波长的四次方成反比，波长越短，散射强度越大。即短波光的散射强度要比长波光大的多。例如，日光中蓝色光被大气中微小的尘埃的散射要比红光强 10 倍以上，所以天空是蓝色的。由于红光不易被散射，所以太阳及附近的云就特别红。

米氏散射：当散射粒子大于光波长时，各种波长的的光波都可以被散射，此时只能看见白色散射，如雾和低云层的细水滴中就是这种散射。

4. 色散：

白光通过透明物体的倾斜平面时，分解成为它的组成波长称为色散，并由此形成可见光光谱。

宝石的色散是可以测量的。利用太阳光谱中波长为 686.7nm 的光（ B 线）和 430.8nm 的光（ G 线）分别测出宝石的折射率，两个折射率的差值，就是每一种宝石的标准色散值，所以色散值又称为 BG 间隔。按照色散值的大小将色散分为三个等级：低色散（ <0.019 ）；中色散（ 0.020~0.029 ）；高色散（ >0.030 ） . 高色散的无色透明宝石，如果切磨比例合适，则色散可以从宝石冠部看见，此时宝石具有璀璨夺目的外观，即具有火彩。有色或深色宝石，色散会被本身的颜色所掩盖，即使色散值较高，也不会有明显的火彩。

此外，利用色散现象制作色散元件 — 分光镜，可以观察宝石的可见光吸收光谱。分光镜也是宝石鉴定中的重要仪器。

能显示明显色散的宝石有：

水晶 0.013

 

电气石 0.017

 

尖晶石 0.020

 

锆石 0.038

 

钙铁榴石 0.057

 

绿柱石 0.014

 

蓝宝石 0.018

 

镁铝榴石 0.022

 

钻石 0.044

 

立方氧化锆 0.060

 

黄玉 0.014

 

橄榄石 0.020

 

钇铝榴石 0.028

 

钆镓榴石 0.045

 

钛酸锶 0.190

 

透明度

透明度指的是宝石透光的能力。一般以两毫米厚的宝石为准，光能完全透过时就是“透明”，部分透过时称“半透明”，基本上透不过来或完全透不过来的则称为“不透明”。一般来讲，同一种宝石，透明度越高就越珍贵。

光泽

光泽的定义是直接将光反射到人眼睛的一种表面现象。

透明宝石的亮度与其光泽的强弱有关。亮度是美的一种形式，光泽好是很重要的。金刚石之所以成为宝石中的佼佼者，其主要原因是它夺目的光彩。其它各种的宝石，几乎总是要求有最好的光泽。

下面是光泽对应的宝石：（N=折射率）

金属光泽 N>3 乌钢石 ( 赤铁矿 )

金刚光泽 N=2.0-2.6 金刚石

亚金刚光泽 N=1.90-2.0 锆石

强玻璃光泽 N=1.70-1.90 金绿宝石钙铝榴石

玻璃光泽 N=1.54-1.70 尖晶石，电气石，水晶

亚玻璃光泽 N=1.21-1.54 欧泊，萤石

蜡状光泽 绿松石

树脂光泽 琥珀，塑料

丝绢光泽 木变石，虎睛石

珍珠光泽 珍珠

沥青光泽 煤玉

荧光性和磷光性

许多宝石用某些特殊光源（如 X 射线、紫外线、蓝紫光、阴极射线）照射，或经过加热，会发出有颜色的可见光。当上述外界条件消失时，宝石的发光现象也消失，这种光就叫荧光，外界条件消失后，宝石在较长时间内仍可发光，这种光就是磷光，能否发生荧光和磷光，光的颜色特征如何，都是鉴别宝石的可知依据。

六、宝石的定义

宝石由宝石矿物加工而成。宝石矿物分有机矿物和无机矿物两大类。宝石矿物经过人们的加工，凡能用来制成人们装饰品的，都可以称之为宝石。不过，矿物之所以会成为宝石，还必须具备以下几大特点：

1） 美观

自然界生成的色彩艳丽透明纯净的矿物和岩石，具有很高的观赏的观赏价值。这是决定其是否为宝石的主要条件。

2） 质地坚硬，经久耐磨性

由于坚硬不怕磨擦，不丧失光泽，不易变形，不易破碎，才可成为宝石，才会被人们珍爱、收藏。高档宝石的硬度一般是硬度大于 7 的矿物。

3） 稀少

宝石的价值很大程度取决于它在自然界中分布的稀有程度。

有机矿物主要来自植物和动物世界，例如：珍珠、珊瑚、琥珀、煤玉及象牙等。无机矿物是宝石中最主要的部分。如钻石、红宝石、蓝宝石、祖母绿、猫眼石等等。

世界上的矿物，包括有机的和无机的，大约在 3000 种左右。在这 3000 种矿物中，具有美观、耐用、稀少又适合加工作为宝石的，只有百余种，而在这百余种矿物中，对于珠宝首饰商和佩戴者来说，也只有大约 20 种左右是最主要的。

七、宝石为什么价值昂贵

宝石，以它那晶莹瑰丽，光彩夺目，色彩斑斓，艳丽照人等特有的风采吸引着越来越多的人们，人们喜欢它，赞美它，寻找它，认为它能给人带来幸福、富贵、荣誉和好，悄葆青春和美丽。

宝石，价值昂贵，高档优质宝石更是价值连城。春秋战国时代，秦王愿以 15 城换取越国珍藏的“和氏壁”。可见宝石价值之惊人，甚至由于一颗宝石而引发一场战争。为什么宝石这样贵重？这主要有下面几个因素。

首先要归功于大自然的造化。被誉为宝石之冠的金刚石，以其硬度超群而著称，它是大自然的一个杰作。宝石是地球演化的产物。有些宝石品种伴随着地球的历经和沧桑，经受了数十亿的的演化过程，犹如二千年前古罗马学者普林尼所说：“在宝石微小的空间中，包含了整个壮丽的大自然，仅一颗宝石就足以表现万物之优美。”

第二个因素是漂亮。宝石如果不美，则不能称其为宝石。越漂亮，价值越昂贵。

一块透明的色石，例如红宝石，它的美也是由诸多因素组成的，如颜色的深浅，色调的好坏，质地，透明度及式样等等。对于一块不透明的宝石，主要看它的颜色，如翡翠，先看其颜色，其次就是看它的式样了。

第三个因素是耐用。对于宝石来说，它主要用于人们的装饰，一般来讲，一块宝石，佩戴在人的手上、手腕上、颈上、头上，在相当的一段时间内，能保持它的光泽和它的美不被腐蚀，不被磨损或划破，不退色，就可以称之为耐用了。换句话说，在人们佩戴的过程中，如给予适当的爱护，它的美与光泽应该是长久的。

一般来说，越是耐用的宝石，越是昂贵。

硬度在八级以上的钻石、红宝石、绿宝石及金绿玉，即使镶嵌所在的金属体（如戒座）经多年磨损，以至再不修理，宝石就将脱落之际，其光泽仍能保持灿烂夺目，毫不贬损。

第四个因素是稀少。稀少，对于宝石来讲，在决定其价值方面扮演着非常重要的角色。作为宝石，产量越少需求越大。价值也就越来越高。反之，有些宝石矿物，在自然界中比较普遍，需求也不小，但价值就不会高。如紫水晶，几百年来主要产于欧洲，曾是珍贵的宝石，但后来在南美发现了大量紫水晶之后，其商业价值就锐减了。玛瑙也因国际市场上出现了大量的印度、巴西、乌拉圭生产的玛瑙商品，其价格也大幅度下降。

第五个因素是需求。需求量也是使宝石价格是否昂贵的因素之一。如果需求过大，就会导致抢购，出现一股热，也可称之为时髦，最后使之价格上升。在历史上，每隔一段时间就可能出现一种怪现象，本来是一些不重要的宝石，突然间需求量很大，但在另一些时候，则黯然失色。在近二十种宝石中，都曾出现过上述情况。例如琥珀，在美国 30 年代，经广泛宣传，迅速引起需求上升。一度曾成为这个国家的第二位重要宝石，但现在，在真正的珠宝首饰店里就较少见到它了。

第六个因素是便于携带。是否便于携带也是衡量宝石价值的因素之一，这是因为宝石的价值都高度地集中在一个小小的物体上，它便于物主可以亲自、随时、秘密地转移大量财富。多少年来，宝石基本上起了上述作用，起到了保值作用这一点，它远远优越于其它各类商品。

 

八、宝石七大晶系

1 立方晶系（等轴晶系）

主要宝石：钻石、石榴石、萤石、方钠石、尖晶石、青金石

2 四方晶系

主要宝石：锆石、方柱石、符山石、锡石、金红石、白钨矿

3 六方晶系

主要宝石：绿柱石、磷灰石、蓝锥矿、鱼眼石、塔菲石

4 三方晶系

主要宝石：刚玉、石英、电气石、方解石、硅铍石、菱锰矿、赤铁矿

5 斜方晶系

主要宝石：金绿宝石、黄玉、红柱石、堇青石、橄栏石、黝帘石、顽火辉石、柱晶石、硼铝镁石、矽线石、赛黄晶、硅孔雀石

6单斜晶系

主要宝石：紫锂辉石、月光石、透辉石、孔雀石、硬玉、蛇纹石、锂辉石、榍石、绿帘石、蓝柱石

7 三斜晶系

主要宝石：日光石 、绿松石、蔷薇辉石、斧石、拉长石