◎文/ 何恭算 博士
國立自然科學博物館地質學組副研究員地質學組主任
在浩瀚的自然界裡，無論是有生命的動、植物，或是無機的礦物晶體，總會呈現各種色彩，由於顏色變化萬千，自然界不但充滿生機，更顯奧秘。對礦物而言，擁有耀眼奪目的顏色，固然令人愛不釋手，淡雅無暇的光澤，也同樣讓人心曠神怡，而寶石礦物之色澤的鮮豔、純正和色度深淺濃淡，更是決定價值高低的重要依據。礦物的美麗色彩是如何產生的？哪些因素會影響礦物的顏色？在多采多姿的礦物世界裡，有哪些特殊的呈色現象？其成因又是如何？就讓我們一起窺探其中的奧秘吧！ 礦物在光線照射下，對於不同波長的光具有吸收、反射和透射等不同的反應，因而產生不同的顏色。當光線照射礦物後，其內部電子往往因吸收部分可見光而使能階躍升，因此，礦物所呈現的顏色乃是被吸收色光的補色。例如：礦物吸收4,900 A（1A=10-8 cm）的藍-綠色波段光，則呈現紅的顏色；若照射光線全被吸收，礦物呈黑色；若波段全被反射，則我們所看見的就是白色礦物了。至於哪些波段的色光會被吸收？這需要從最基本的成色原理來談起礦物對於吸收光波的機制並不相同，通常可分為晶體力場成色、色心成色、電子移轉成色、能帶成色和繞射成色等類型。以紅寶石為例，紅寶石乃是剛玉的一種，主要成分為三氧化二鋁。質純的剛玉呈透明無色，但是若含少量的鉻離子後，便顯現出鮮豔的紅色。主要原因是當光線照射時，紅寶石內鉻離子的電子能階從基態升至激發態，此一電子能階的躍升，使得可見光中黃-綠光和紫光兩個波段被吸收，在反射的藍光和紅光中，由於人類的視覺對紅光的感應較為敏感，因此，我們看到的紅寶石乃顯現出紅的顏色。紅寶石的顏色呈現方式，正是晶體力場成色的典型代表。
現今世界上發現的礦物種類已超過4,300種，其中少數礦物呈現單一的顏色：黃色的硫磺、綠色的孔雀石、藍色的藍銅礦、粉紅色的菱錳礦、朱紅色的辰砂、黑色的磁鐵礦，這些在自然界中呈現單一色系的礦物，我們稱它為「自色性礦物」。然而大多數礦物在晶體結構中，或因些許雜質取代原有成分，或因晶體存在一些缺陷，致使同一種礦物卻出現多種顏色，此類的礦物稱為「他色性礦物」。而大多數礦物在晶體結構中，或因些許雜質取代原有成分，或因晶體存在一些缺陷，致使同一種礦物卻出現多種顏色，此類的礦物稱為「他色性礦物」。石英家族是我們耳熟能詳的礦物種類，在主要成分二氧化矽的架狀結構中，因含少量的特殊離子，往往使顏色產生明顯的變化。例如：內含少量三價鐵離子呈現紫色，是為紫水晶；黃水晶是含有少量的鉻離子；薔薇石英（俗稱粉晶）因摻入鈦離子而呈粉紅色。這些離子雖然含量少，卻對礦物顏色具有關鍵性的影響，我們稱它為「呈色離子」或「色素離子」。在美國史密森機構國家自然史博物館內展出的鎮館之寶-希望之鑽（Hope Diamond），每年吸引全球數百萬民眾前往參觀，此件產於印度的曠世至寶，除了擁有45.25克拉的傲人重量外，真正令人咋舌稱羨的是那稀罕而高貴的深藍色彩，究其顏色的起因，乃是在以碳原子為主的八面體結構中，混入少量硼原子的緣故。
在寶石礦物中，常因具有星彩（Asterism）、貓眼光（Chatoyancy）、變彩（Change of colour）等特殊的光學特性，而使其身價扶搖直上。例如：星光紅寶石與星光藍寶石是相當名貴的寶石品種；而蜜黃色的金綠寶石貓眼，價值也相當高。在變彩的系列礦物中，以亞歷山大石（又名變石）最具知名，這類寶石曾是俄國沙皇亞歷山大二世所配戴的飾品，它在白天日光照射下呈現綠色，到了晚上在白熾燈光下變為紅色，對於變石具有變色的有趣現象，常令人嘖嘖稱奇。
螢光（Fluorescene）與磷光（Phosphorescene）乃是人們深感興趣的另一種光學效應。一件看起來並不起眼的螢光礦物，用紫外線燈照射下，會發出亮麗耀眼的光芒，這就是螢光礦物帶給人們的驚喜與震撼。一般具有螢光或磷光特性的礦物，當受到如紫外線等高能量照射時，其內某類元素之原子中的電子會吸收能量，並從低能軌跡的基態躍升到高能軌跡的激發態。由於位在激發態的電子極不穩定，因此，很快又由高能軌域回到低能軌域，並釋放能量。如果釋出的能量剛好落在可見光的範圍內，那麼，該件礦物就會發出肉眼可見的色光。磷光與螢光的差別，僅在於電子返回基態所需的時間長短，一般將光源移除後，螢光效應會馬上消失，而磷光卻能持續數十秒甚至數小時之久，在古代文獻中所記載的夜明珠，於黑暗處會持續發出熒熒的色光，就是一種磷光。
礦物所發出的螢光主要是內含過渡性元素所致，對多數螢光礦物而言，這類元素含量甚少（亦可稱它為雜質），因此，不同產地的同種礦物，或是同一產地的相同礦物，都未必同樣具有螢光效應。例如：在自然界分佈甚廣的方解石，多數不具有螢光特性，但是若含錳離子，在短波段（254nm）紫外線燈照射下，會發出紅色螢光；含鈾離子會呈現綠色螢光；含銪（Eu）離子則會發出藍色螢光。
在浩瀚礦物世界裡，有些具有如鬼斧神工般精雕細琢的晶形，有些擁有如詩如畫般的豔麗色彩，在讚嘆造物者的奧妙與神奇之餘，對於礦物散發出來的魅力，不但讓人驚豔，也令人陶醉。
產於美國亞歷桑那州Greenlee County的藍色藍銅礦、翠綠色孔雀石及淡綠色矽孔雀石，呈球粒狀相伴共生。