你戴的宝石是如何形成的？探寻水、岩浆和气体的奥秘

来源：科技日报

不论是祖母绿、水晶，还是翡翠、玉石，它们的形成，均需要同时满足5种苛刻的条件：适宜的温度、压力、空间、化学成分和充足的时间。

日前，俄罗斯萨哈共和国西伯利亚一座钻石矿中发现的“套娃钻石”刷爆网络，这颗无价之宝仅0.62克拉，是有史以来人类发现的首颗此类钻石，据信已有8亿多年的历史。这件旷世珍品的出现，让人们对钻石有了全新的认识。

在你惊异于“套娃钻石”的神奇之余，是否想过它是如何形成的呢？当你戴着各种宝石饰品，醉心于它们夺目的光芒时，是否知道它们的形成过程是怎样的“艰辛”呢？

“钻中钻”源于一个小意外

其实，“钻石恒久远”的寓意，多半来自它的形成过程，一句话概括：年代久远、成因苛刻。

“你看这颗石头，它的成型至少经历了五至六亿年，而且它是钻石家族中很年轻的一颗。”中国环境行为学会高级工程师、碳化学专家张志刚向科技日报记者展示了他本人的一颗钻石藏品。

钻石俗称“金刚石”“金刚钻”，是石墨等纯碳物质的同素异形体，也是已知自然界中天然存在的最坚硬的物品，莫氏硬度（矿物硬度标准）为10。

从钻石主要出产于地球上古老的稳定大陆地区可以证实，钻石的形成需要一个漫长的历史过程。科学家们通过对来自世界不同矿山钻石及其中原生包裹体矿物的研究发现，钻石的形成条件一般为压力在4.5—6.0Gpa，温度在1100摄氏度—1500摄氏度，可以说，形成条件极为苛刻。

说到“套娃钻石”，张志刚告诉记者：“我个人认为，它的形成与普通钻石的形成并无本质区别，应该是形成过程中发生了‘意外’，它有点像套水玛瑙的形态，只是形成条件更为严苛。”

张志刚推测，从根源上看，“套娃钻石”的形成，极有可能源自独特的物理环境和热化学效应，而且这种环境和效应稍纵即逝。“通俗地讲，就好像吹制双层玻璃一样。岩浆在凝固的过程中，熔岩堆积出现了气孔，低于环境温度的少量空气迅速进入正在凝固的熔岩内部，造成空气所包围的熔岩迅速凝固，随后，空气与其外部熔岩物质之间的气孔又迅速闭合。如果这种推断成立的话，那么‘套娃钻石’内部的小钻成形时间要早于外部大钻。”

张志刚说，在钻石形成的过程中，出现这样的现象，需要同时具备特殊的环境温度、独特的地壳环境和溶液样态，还需要具备钻石超快速生长、存在气孔等因素，而这些因素聚集在一起的几率极小。如果推理成立的话，这个套娃钻石就是钻石生产过程中的一个“畸形儿”，这也是其价值所在。

宝石形成需要5种苛刻条件

“钻石只是宝石家族中的一员。但不论是祖母绿、水晶，还是翡翠、玉石，宝石。它们的形成，均需要同时满足5种苛刻的条件：适宜的温度、压力、空间、化学成分和充足的时间。”张志刚说。

一般来讲，天然宝石有三种形成方式。一是从溶液中析出，浅层地表温度较低的水，或者温度稍高的地下水，都能溶解岩石或沉积物中的某些矿物，进而将这些矿物携带、混合、浓缩，直到环境变化时，溶解物质析出形成固体，代表类型为硅酸盐类宝石，如水晶、翡翠；二是当岩浆冷却时，如果有合适的温度、压力、空间和足够时间，某些结晶会从岩浆中析出，形成宝石。同时由于宝石的形成，使得周围形成该种宝石所需元素不断减少。所以，随着参与结晶元素的浓度的变化和结晶物理条件的变化，又将形成不同的宝石。这种形成方式的代表宝石有祖母绿、刚玉、月光石等。

此外，还有一种宝石的形成方式较为特殊和抽象，科学家称为“蒸汽冷凝”。当溶解了液体和气体的岩浆流体受到的压力突然降低，如喷出地面或侵入地表缝隙时，其中的气体将释放出来，而液体迅速蒸发为气体，将在熔岩中形成充满气体的空泡或孔洞，而这些困在孔洞内的蒸汽能够在其中形成宝石，例如产自纳米比亚的锰铝榴石“悬浮晶”和“双尖”水晶。

“血统”和产量决定价值

为何宝石有的价值连城，有的却十分廉价，到底是什么决定了宝石的价值？内蒙古资深宝石鉴定师李敏告诉记者，宝石的档次分类有着严格的等级。

“宝石价值的鉴定要素有很多，但是加工工艺是最后一个要素，在此之前，还有色泽、硬度、形成年代、稀有程度等等，而这些要素，都是人类无法决定的。也就是说，宝石的价值，主要取决于自身的出处和质地，所谓血统决定身价。比如，一块100万年形成的琥珀（有机宝石）与一颗30亿年才形成的钻石，价值不可同日而语。”李敏说。

李敏介绍，从市场角度来看，宝石以产出稀少为贵，即使是很艳丽的宝石，若其资源分布很广泛，其商业价值就会受到影响。例如在几个世纪以前，欧洲发现紫水晶初期，由于美丽新颖，曾被视为珍贵宝石。然而当人们在巴西等地发现优质紫晶大型矿床后，紫晶就不再享有珍宝之名了；又如质地上乘的祖母绿宝石，每克拉售价高达2万美元以上，比钻石还要贵得多，但是这并不意味着祖母绿的性能优于钻石，而是由于优质祖母绿在世界上的产量比优质金刚石要少很多。

随着人类科学技术的进步，人造宝石已经不再是技术难点，人造蓝宝石、人造钻石已不稀奇。对此李敏说：“严格来讲，通过模拟宝石生产环境而人为制造出的宝石，只能叫仿制宝石，我们所说的宝石，是指自然形成的。浑然天成、岁月沉积，这才是宝石真正的价值所在。而利用高压高温法、化学气相沉淀法制造出的宝石，统称人造宝石晶体，以工业应用为主，而不应该与天然宝石放在同一个档次进行鉴赏。”

小知识

宝石的色彩有学问

在赋予宝石美丽的诸多因素中，颜色是一个主要因素。凝重洁白的羊脂白玉、翠绿幽深的翡翠、艳若“鸽血”的红宝石、五彩缤纷的碧玺……无不令人眼花缭乱，目不暇接。人们在惊叹宝石的颜色如此美丽多彩的同时，也一定想知道：为什么宝石是五颜六色的呢？

在宝石中，有一类宝石的颜色与其化学组成的某一主要元素有关，这种元素出现在它的化学式中，而且其颜色往往比较稳定，这类宝石叫自色宝石（即由作为宝石主要化学成分的过渡族元素致色的宝石）。而自身携带微量矿物元素、气泡而产生颜色的宝石则被称为他色宝石。“他色宝石的颜色，是由宝石化学成分中的少量或微量杂质元产生的。大多数宝石属于他色宝石，他色宝石纯净时，为无色透明，当含有微量杂质元素时，可以呈现不同的颜色。例如有‘绿宝石之王’美誉的祖母绿，它的绿色就是宝石中含有的微量氧化铬而形成的。”中国环境行为学会高级工程师、碳化学专家张志刚说。