探寻大自然的红色恋曲：矿晶色彩的奥秘揭秘

文章转载自“地球杂志”

威尔逊1994年画的甜蜜之家菱锰矿

供图/刘光华

大自然有一种美丽的风情并不易见到。

它，既普通到奠基我们脚下的沃土，

又珍稀于埋藏地下深处，

虽然它的组分是无机物，

却有着与有机生命一样的孕育、生长、变异、终老的全过程，

凝结了地球母亲内心的脉动和成长经历的信息。

它，就是地球深处的惊艳“生命”——矿物晶体。

受美国著名矿物学家、艺术家温德尔•威尔逊（Wendell E.Wilson）矿物晶体艺术绘画启发，我想另辟一种科普与艺术结合的方式展现矿物晶体之美。

从矿物晶体之美的物理、化学内涵，矿物晶体之美的沧桑经历，以及大自然矿物晶体与神奇动物、缤纷植物的美丽邂逅等多个角度，探讨矿物晶体的演变规律，传递大自然矿物生命的绚丽片段。

圣佩德罗科拉利托斯的幻想之辰砂供图/刘光华

“赤橙黄绿青蓝紫，谁持彩练当空舞？”据说人类的眼睛能分辨的颜色多达1000万种，色彩是大自然动人心魄、万物相吸最基础的特征。

花鸟鱼虫、风雨雷电，自然万物因变幻无穷的色彩和千奇百怪的形态而活泼生动、荡人心魄。

矿物晶体的色彩、形态既不输于这些基本特质，其“生命”过程更有着壮阔的地质背景、生长规律和人文情怀，蕴含着独特、神秘的别样风情。

暂以毛主席的诗词为蓝本，从色彩切入，按照“赤橙黄绿青蓝紫”的次序，本篇先从红色道来。

红色矿物

——矿物色彩的秘密

矿晶绘画

“日出江花红胜火，春来江水绿如蓝。”红色源于太阳光三原色之一，在色谱学中红色是最为闪亮和热烈的，代表着浓烈、激情、勇气……

在国人眼里，红色更是凝聚着新中国波澜壮阔的革命成长史，也是老百姓最喜欢的喜庆色，既是婚嫁必选色，也是事业好运首选色，以红色宝石作为扮美装饰，常常吸睛度极高。

天然呈现红颜色的矿物晶体可不少，比较常见的有刚玉（红宝石）、电气石（碧玺）、尖晶石、辰砂、石榴石，菱锰矿、赤铜矿等，还有一些是在晶体长成后被环境“染”红的，如红水晶、红方解石等等。这些红色矿物晶型各异，光泽不同，硬度差异大，当然因其稀缺性和用途不同，价值更是天壤之别。但神奇的是，令这些宝物呈现艳丽红色的关键，却是基本一致的，色彩的秘密就在这里！

碧玺

原来，令矿物晶莹璀璨、万紫千红的关键，是位于元素周期表中过渡族的钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜等元素，它们就像矿物晶体里驻着的一干色彩魔术师，百变戏法让晶体熠熠生辉！

玫瑰色方解石

中国地质博物馆馆藏

对矿产有一点了解的人都知道，这些元素都是重要的金属矿产资源，是支撑现代工业的关键物质，但它们为矿物装点色彩上的非凡技艺，却鲜为人知。

这些元素个个身藏绝技，通常，它们混在供应矿物生长的气液流体中欢腾游戏，一旦与体格（原子半径）、技能（离子价态、外层电子数）般配的元素大部队相遇，它们就和数量最多、最强壮的元素兄弟紧紧抱在一起，形成稳定的分子团，分子团有规则地团团相接，直到长成漂亮的晶体，这位魔术师就成功地把自己融入晶体，把它偏好的颜色变成炫彩的晶体战果。

辰砂

比如锰元素，在自然状态下偏好红色，它和碳、氧元素结合成稳定的碳酸锰分子团，巧妙地搭建成菱锰矿板状晶体，锰元素的红色偏好就化身菱锰矿晶体的红色-粉红色容颜，这种进入矿物主要成分元素显示的颜色，也称为矿物的自色。

菱锰矿

大家知道矿产资源是稀缺资源，只在成矿条件好的地质体中局部富集，这些元素魔术师在自然界中多为微量分布的小众。因为小众且善变，大多数情况下，它们分散游荡在固体、流体中，常常不受待见地被一团团晶格兄弟排斥在外，挤不进主流阵容。但因为这些魔术师都是过渡族元素，活泼的外层电子结构赋予它们化学键活跃且易呈多价离子的特性，所以在亲水性、化合物占位、显色、磁性等方面的本领“千变万化”，一旦发现分子团有短键、晶格上有空位，特别是体态相貌相似的队友缺席，它们就伺机而动。

或是伪装成队友拼命占领这个缺陷，以类质同像方式替换，上演一出儿“狸猫换太子”，或是卸掉若干电子，瘦身后潜入晶格，慢慢以少胜多，颠覆原来晶体的色彩取向，于是，非主流元素的一场“颜色革命”便大功告成。

“魔术师”占位晶格示意图

制图/王铎

元素魔术师使矿物呈现五光十色的戏法还很多，比如三氧化二铝是组成刚玉的分子团，晶体纯净时的刚玉是无色的，但当有微量的铬代替铝时就呈现出红色，升级为红宝石了，而当微量的铁、钛占据了晶格，则呈现出蓝色，变身蓝宝石了。

蓝宝石

摄影/毕皓月

“达碧兹”红宝石 摄影/李盈青

不但不同元素可以让同一矿物显示不同色彩，比如锰偏好红色，钛偏好蓝色，而铜偏好绿色，就是同一元素，因为价态不同，也能变幻多种颜色。同为铁元素，二价铁离子多为绿色，三价铁离子为黄色或红色，二价锰为粉红色，而六价锰离子则是绿色的，同样是让刚玉变红的铬元素，三价时则多呈绿色，也是它让祖母绿、翡翠呈现出鲜艳欲滴的绿色！

祖母绿

摄影/毕皓月

红色尖晶石和绿色浅闪石

摄影/李彦伟

这类着色也称为矿物的他色。大多数红色矿物的红色并不是主成分的作用，而是在矿物晶体生长过程中，铁、锰、铬、钛等元素魔术师变幻身姿、巧夺天工，袭夺了矿物晶格有利位置，赋予了这款宝物红色的灵魂！

色彩魔术师虽然数量并不多，但在扮靓透明矿物时可是扮演了顶顶重要的角色，因而统称为“致色”元素。

在找矿人眼中，对地质露头的漂亮颜色则特别敏感，在山下远远望到红色、绿色、黄色露头就特别兴奋，不管多累、山多高，也要爬上去看个究竟！因为红色露头很可能是铁、锰矿物风化产物，预示着露头下面可能有铁矿、锰矿、铅锌等金属矿藏，而绿色露头，必定与铜矿密切相关。

据在西藏找矿的朋友们说，在铜矿富集区的地表，经常能见到如孔雀羽毛般漂亮的蓝绿色岩石、水华，映衬着碧水，装点了山川，指引着地质找矿人。

铜绿风化-驱龙铜矿的孔雀河露头

供图/唐菊兴

铜矿孔雀河

供图/唐菊兴

铁帽—我国最大铜金矿铁格隆南 供图/唐菊兴

画笔下的红色矿物

我曾试图探索艺术与矿物晶体相结合的科普之路，用色粉画法描摹插图。色粉画源于西方绘画传统，是用各色粉笔在粗糙的纸上创作的画种，大约有五百年的历史了。因为它兼具油画和水彩的艺术效果，色彩丰富，笔触自然，表达风景、人物繁简皆可，而且用具简单、执画修改方便，所画即所见，深受西方画家推崇，20世纪三十年代由徐悲鸿等引入我国。

今天呈现给大家的这幅画，画了两种美丽的红色精华，一款来源自广西苍梧县矿山的红色菱锰矿晶体，一款是飞翔在滇、桂丛林中的红羽小鸟——“太阳鸟”。太阳鸟是雀形目、太阳鸟科、太阳鸟属的通称，全球有14种，它们体态娇小，身长仅有几厘米至十几厘米，两性异色，雄鸟羽毛一般都有鲜艳、明亮的颜色，并伴有少见的金属光泽，体羽常具红彩，腰腹多金黄，头颈常呈蓝绿金属光泽，因而与蜂鸟有许多相似之处，也有“东方蜂鸟”之称。

停在花朵上的太阳鸟

我画的这种应该是“黄腰太阳鸟”雄鸟，背部、胸部是艳丽的红色，非常耀眼，与菱锰矿晶体的红很相衬，而后颈部的一小丛靛蓝色羽毛，则是亮丽的金属光泽。这种美丽的鸟主要生活在云南、广西的常绿阔叶林中、竹林或村边开阔的小树林中，性活泼，喜爱穿梭跳跃在乔木上层的花丛枝叶间，靠吮吸兰香花蜜生活。

无机矿物晶体的色彩受流体成分控制，由地质作用造就；鸟类的色彩则源于在大自然中生存、繁殖，不断进化、演化，是生物适应自然、融入自然进化的结果。羽毛的彩色颜色既来源于食物中的叶绿素、胡萝卜素、虾青素等色素物源（当然致色元素也可能参与其中），也可能源于羽毛特殊的毛发构造，在阳光下显现锖色、金属光泽等色泽，蜂鸟就是兼具色素和构造色两种羽毛色彩的少数动物之一。

选择描摹这两款天然宝贝，一是因为它们都有天然漂亮的红色，二是它们都是原产于我国的大自然宝库，无论是通透的晶体，还是靓丽的羽毛，皆是颜色家族中最具红色代表性的珍贵资源，在自然界中这两款美物不可能相遇，但在画中，把太阳鸟的视线投向红色矿物晶体，在苍翠的背景下，它们红艳艳地彼此相望、相映成趣，演绎一幅大自然的红色恋曲。

菱锰矿与太阳鸟创作/高平

大自然是灵动的，有一种跃动是固液流体触碰中原子与原子的漫长相拥、攀援。

大自然是奇妙的，有一种绚丽是深藏在大地深处，闪烁在电子跃迁、离子置换光影之中。

刚玉

中国地质博物馆馆藏

大自然是有生命的，有一种生命是冲破重压后的绽放，海枯石烂后的永生。

大自然是多彩的，就像艳丽的太阳鸟、红润的菱锰矿那样，在灿烂阳光下，那抹鲜红跨越了有机、无机，装点着万紫千红的大自然。

美不胜收的矿物晶体，需要我们细细探究，用画笔不停地描摹，邀约美丽的生物与你相遇、共舞，探索矿物晶体和艺术结合的科普之路。