哪个是临界角，高能科普文——你完全想不到一颗宝石的内部世界是多么神奇

今天为啥观察宝石的内部世界？这需要从一个新词——Vibrant说起。

2020年，Guild将Vibrant 从尖晶石的颜色评价体系中独立出来，作为一个单独参数来评价。

Vibrant 与颜色是两个独立的评级标准，颜色主要从饱和度、明度和色调等方面进行评价，而vibrant-brilliance是对宝石质量的一项综合评价，综合考虑了宝石的净度、透明度、晶体质量和切工等因素。

那么问题来了

究竟什么样的宝石才能获得Vibrant的评级呢？

要回答这个问题，我们需要不得不从一颗宝石的前世今生说起。

图 1.地球的基本组成部分，宝石常可形成于上地幔与地壳之间

一个晶体，从TA的雏晶诞生的那一刻起就背负了一个使命，那就是长成一个完美的晶体。

然而，周围环境的复杂性、物质来源的不稳定性、生长空间的有限性等，都在宝石生长路上的绊脚石。

我们以祖母绿为例来说明一下这段充满艰辛而又奇特的冒险之旅。

图 2. 祖母绿的地质形成过程示意图（Gaston et al 2019）

图 3. 一颗八角形刻面祖母绿

肉眼观察时，我们可以观察到切割后的祖母绿刻面展现出了明亮的外观，浑身散发着“珠光宝气”。

10倍放大镜下，我们通常可以看到一些轻微的裂隙和少量的气液包体。

图4. 10倍放大镜下可见裂隙和气液包体

50倍放大下，我们可以看到一些比较清晰的三相包裹体，这些包体的外部轮廓呈现锯齿状，是哥伦比亚比较典型的产地特征之一。

图 5. 50倍放大下可见三相包体。

100倍左右的放大下，我们可以看一些特别细微的生长结构，比如平直的生长纹，偶尔会有一些比较奇特现象发现，有人说像油滴，也有人说像蝴蝶的翅膀，其实是，这些都是细小的六方柱状的祖母绿雏晶。

图6. 一些高品质祖母绿中偶尔可见油滴效应（蝴蝶效应）

图7. 油滴效应（蝴蝶效应）生长原理示意图

如果再放大一下，200倍以上的放大倍数已经超越了我们常规的宝石学显微镜的观察，需要用到矿物学上的偏光显微镜，这时，一些在低倍数下模糊的的气液包体变得更加清晰（图8）。

如果仔细观察，你可以发现这些包体的轮廓近似于一个长方形。这些气液包体通常分布于祖母绿的管道中。

图8. 200倍下，清晰的二相气液包体

等等，祖母绿里也有管道吗？能不能再放大一下看看？

如果要更高的放大倍数，那么矿物学的偏光显微镜已经不能胜任了，需要使用物理学中的扫描电镜(SEM)或透射电镱（TEM），这些设备可以放大到数万倍，直至纳米级别。

宝石的成长之路从TA诞生的那一刻开始就注定充满了艰辛，和荆棘。外表看似完美的晶体，TA的内心也有不少的坎坷和与不易。

图9. 绿柱石的微观结构 TEM （Arivazhagan et al., 2016）

图 10 绿柱石的微观结构（Arivazhagan et al., 2016）

接下来，就到光与宝石的相互作用了，了解一下光与宝石之间的那些事儿。

光与宝石相遇时，幻化出了一幅妙不可言的画面。让我们来细数一下这其中的奥秘。

1.表面反射Surface reflection

图11.表面反射示意图

表面反射的光越多，宝石的光泽看起来会越强。

2.折射Refraction

图12.光在宝石中的折射路径演示

这里不得不提到一个非常关键的参数：折射率！

什么是折射率？

折射率是指。。。。。。

说人话

折射率越高，光走的越慢。

例如，太空中的环境接近于真空，折射率为1，光走的最快，

地球的空气的折射率约为1.00029， 光走的略慢一些，

我们常见的液态水的折射率为1.33，

水晶：1.54-1.55

碧玺：1.62-1.64

尖晶石：1.71-1.72

蓝宝石：1.76-1.77

钻石：2.417

我还是不太明白折射率到底怎么回事？

那好，你还记得当年的哈利波特吗？对，就是那个空手打败大魔王伏地魔的小男孩儿。

波特家祖传的宝贝—隐身衣是讲解折射率很好的例子。我们可以看见某个物体，是因为物体跟周围的空气的折射率不一致所致。

冰在空气中容易被观察到，但是把冰放到水里就不那么容易找到了。

所以，再想想看，钻石为什么那么闪？应该是因为光在钻石里面走的慢吧。

钻石（图源网络）

3.内反射 Internal reflection和全内反射 Total internal reflection

什么是全内反射？

全内反射是指当光从宝石射向空气时，随着入射角的变化，当入射角达到一些临界角时，光不再发生折射，而是以反射光的形式继续传播。临界角的数值在各类宝石中都不太相同，它与宝石的折射率有着直接的联系。

图13. 一颗火彩极佳的蓝宝石

全内反射对宝石到底有多重要？

没有全内反射，我们就看不到火彩！

没有火彩的宝石，可能失去了一些别致的味道。

当然，还有很多的其它的现象会发生，比如，漫反射、偏振化，选择性吸收等等。尽管光与宝石相遇时所发生的现象已经大部分为我们所知，但仍然有一些未解之迷。例如，Usambara 效应，指的是同样的光，经过宝石时，宝石的颜色会随着光进入宝石的深度为发生改变。

经过以上这一番从地球深部到晶体结构，相信大家对宝石生长的经历有了比较宏观的认识；

从光折射、反射至漫反射和选择性吸级，相信大家已经了解到了宝石切工对光在宝石中传播的重要性。

图14. 被评级为vibrant的祖母绿

图15. 被评级为vibrant的尖晶石

所以，当我们在谈论Vibrant的时候究竟在谈论什么？

有人说是从宝石中返回的光，但又不仅仅是光；

也有人说是宝石的火彩，但又不仅仅是火彩

我们谈论的是宝石的净度，但又不仅仅是净度

我们可能认为是宝石良好的切工，但又不仅仅是切工；

图17.GUILD祖母绿Vibrant报告模板

图18.GUILD祖母绿Vibrant报告模板附页

似乎有些像极了爱情，无法用言语言说，但是我们的心却可以强烈感受到。

也罢，这也许正像雷蒙德·卡佛在他的小说集《当我们谈论爱情时我们在谈论什么》中所讲述的那样，人们的生活中总是会充满了窘困和不如意，而宝石的生长又何尝不是？

追求完美的历程，也许会比较艰辛，资深的宝石收藏家更加懂得另外一个道理，没有十全十美的宝石，更多的是取舍。

我们谈论的是宝石材料本身的质量，这些源于宝石整个的生长历程，包括宝石的净度、透明度、晶体生长质量。

我们谈论的是光在宝石传播的路径，而这一些路径需要结合宝石自身的特性（比如折射率等）通过合适的切工来呈现。

参考文献

Giuliani, Gaston & Groat, Lee. (2019). Geology of Corundum and Emerald Gem Deposits: A Review. Gems & Gemology. 55. 10.5741/GEMS.55.4.464.

Arivazhagan, V & Schmitz, Fabian & Vullum, Per Erik & Helvoort, A. & Holst, Bodil & Valluvar Oli, Arivazhagan. (2016). Atomic resolution imaging of beryl: An investigation of the nano-channel occupation. Journal of microscopy. 265. 10.1111/jmi.12493