螢石哪有這麼正

世界上最多彩的礦物

螢石（氟化鈣；CaF₂）是一種非常重要的寶石和礦產資源，在光學、冶金、電子等領域發揮著舉足輕重的作用。螢石是少數對光反應非常活躍的礦物之一，天然螢石的顏色幾乎涵蓋了自然界中所有的顏色，包括紫色、綠色、藍色、黃色、粉色、黑色、棕色以及透明無色。那麼螢石為什麼有這麼多不同的顏色呢？當含有氟化鈣的熱液滲入岩石的孔洞或裂隙時，就有機會形成螢石晶體。隨著時間的推移，這些熱液中富含的礦物質因冷卻並開始成長為透明或無色的晶體。然而螢石形成過程可能歷經多個複雜的地質和化學過程，這些過程導致螢石的晶體結構產生缺陷，例如結構中含有雜質、形成空缺或原有元素被置換等，而這些晶體結構上的微小差異會吸收可見光中特定的波長，最後呈現出被吸收波段顏色的互補色。舉例來說，在自然光底下呈現紅色的螢石，是由於晶體中的缺陷吸收了大部分黃光到綠光與紫光的波段所造成的。

大多數螢石的顏色來自於其所含的雜質，不同的雜質使螢石呈現出不同的顏色，當雜質越多，晶體的顏色可能就越深或顏色越豐富。例如螢石的紫色往往是由微量的錳引起的，這是因為錳可以替代晶體結構中的鈣。藍色螢石可能是因為含有鐵或銪；黃色螢石是因為含有硫或鐵及稀土元素；綠色螢石是因含有釤或鐵及其他過渡金屬；橙色螢石是因為含有錳；紅色螢石是由於含有鐵或釔。單一螢石晶體中如果具有不同顏色帶或條紋，顯示不同層所含的雜質元素不同，也反映其形成過程中周圍流體的化學性質有發生轉變。另外，除了晶體結構缺陷的成色機制，晶體表面有其他礦物生成覆蓋，或者內部富含的細小的包裹體所造成也可造成螢石的顏色變化。

迷人的螢光與變色效應

螢石最為人所知的特性就是在紫外光照射下會發出螢光，螢光一詞即是源自螢石這種礦物。螢光發生機制可與晶體結構中的雜質、空缺及離子取代等缺陷有關。而螢石的螢光主要是由微量的過渡性元素或稀土元素所造成，當這些雜質（微量元素）中的電子受到紫外線等高能量照射時會吸收能量，並從低能階軌域（基態）躍升到高能階軌域（激發態）。激發態的電子極不穩定，回到原有軌域會釋放出能量，其波長較原照射的紫外線為長，如果波長剛好落在可見光的範圍內，就是肉眼所見到的螢光。螢石常見的螢光為藍色，其他螢光顏色包括黃色、綠色、紅色、紫色和白色。藍色螢光歸因於銪離子的存在；而黃色螢光是因為含有釔。綠色和紅色螢光成因雖還尚未確定，但可能是由於過渡性元素以及其他稀土金屬所致。

有些產地的螢石具有礦物罕見的變色效應，在不同光源下呈現不同的顏色，例如日光燈下呈藍色，當光源改為白熾燈時則變為紅紫色。變色機制通常與螢石晶體內含的微量過渡性元素（鐵、釩）或稀土元素（釔、鈮、釤）有關，由於雜質元素離子對不同波長光的吸收程度不一，加上光源光譜的差異，使得螢石顏色也會相應地變化。舉例來說，在自然光中綠光和藍光原本就比紅光略多，受雜質元素影響部分波長被吸收後，與紅光相比，有更多的綠光和藍光未被吸收，使得螢石呈現藍綠色。而在白熾光、燭光或暖光的光譜中，紅光比綠光和藍光多，加上雜質元素離子亦相對吸收較少的紅光時，便會使螢石呈現紅紫色。這種效果使螢石成為最受歡迎的變色寶石之一。

最面面俱到的晶癖

螢石晶體的生長情形受控於生成環境的溫度、壓力以及流體化學性質，這些因素可能導致晶體往不同方向上的生長速率有所差別，進而形成不同的晶體形狀。螢石常見的晶體外形為立方體（6 個面）和八面體，而形成十二面體、四六面體（24 個面）、三八面體（24 個面）及六八面體（48 面）的機率則相對較低。螢石在流體溫度較高時主要生成八面體晶形，而在溫度較低時則生成立方體晶形。

德國東南部 Nabburg-Wölsendorf 礦區發現螢石晶形變化不僅受控於溫度，也與流體的降溫速率有關。降溫速率的不同或改變，可造成在高溫時也可能有八面體外的晶形產生，例如四六面體。而在降溫速率較為緩慢的情況下，也有機會形成菱形十二面體。另外，甚至可以發現由兩種不同晶形組合而成的晶體形態，例如八面體與十二面體可組合形成二十面體，而十二面體及立方體組合即形成十八面體。緩慢的降溫速率條件可使得這些特殊的晶形有機會被保留下來。

若考量三種及更多種的螢石晶形來進行組合，礦物學家估計螢石可出現 127 種晶形。礦物蒐藏家埃迪·範·德·米爾舍（Eddy van Der Meersche）花了 29 年的時間記錄螢石的形態，從蒐集的 150 件標本中共發現了 85 種螢石晶形。其中甚至發現了有高達 7 種晶形所組合而成的形態，一個晶體同時可觀察到立方體、八面體、十二面體、四六面體、兩種不同的三八面體，以及六八面體，在這個組合的晶形就可數出高達 146 個晶面，真是令人驚嘆！ 螢石晶形是學習結晶學的最佳教材，有機會見到螢石晶體時，千萬別錯過它們美麗又多變的晶形組合。