2009年12月14日故事

自然唯一性美学

宝石中的包裹体

几千年来，宝石一直吸引着人们。统治者和国王过去常常用镶满宝石的徽章来显示他们的权力和财富。虽然精美的珠宝仍然是富人地位的象征，但我们现在往往更珍惜这些大自然的奇迹，为我们自己的美丽和和谐的乐趣。矿物世界的美学和科学相遇的地方是宝石学家的领域。在现代宝石学实验室中，宝石内部和表面特征的显微检查仍然是评估质量标准的主要标准。

作者

Michael Hügi，理学硕士。

瑞士宝石学会，瑞士

主题和标签

立体显微镜

不同类型的包裹体

宝石学家最重要的两项任务是确定宝石的真伪和质量。他通过测量一块未知的石头的光学和物理常数来识别它；他确定了石头的真实性和来源，并对其进行了可能的处理，以改善其光学外观。石头的内部特征反映了其在自然环境中生长的化学和物理条件——或者，对于合成材料，在实验室中生长。根据结晶学定律，这些特征可能是色带或两个或多个单独晶体的自然共生，也称为孪晶。通常，宝石矿物中含有异物。此类夹杂物根据类型进行区分：

原生包裹体：在寄主晶体形成并包围这些矿物之前已经存在的矿物。
同生包裹体:它们与寄主晶体同时形成，例如已愈合的骨折。在这个过程中形成了许多小空洞，即所谓的负晶体，其中含有晶体生长时的水溶液的残余。
后生包裹体:寄主晶体形成后产生的包裹体。它们大多是主晶体中裂缝内的天然物质或出溶产物。

图1:在巴西米纳斯吉拉斯州发现的岩石晶体(石英)中的包体可能为黑云母(含水硫酸铁)。它是继铁硫榴辉石之后的一种假辉石，在同一矿床中也以石英包裹体的形式被发现。透射光，交叉偏振器。

显微镜揭示隐藏的美

一颗好的宝石不一定要百分之百的干净，也不一定非要说内含物是降低其价值的“缺陷”。在多面钻石的例子中，石头的清晰度确实是通过标准化命名来判断的一个关键标准。然而，对于所有其他宝石和观赏性宝石来说，内含物只要不损害宝石的外观或稳定性，就不会降低其价值。事实上，它们使石头独一无二，并突出了它的独特性——它们可以说是大自然的签名。除了其科学意义外，内含物的独特美学往往只能通过显微镜才能看到。鉴于这种隐藏的内在美，“缺陷”一词具有积极而非消极的含义。

宝石显微检验不仅对宝石学家提出了很高的要求，而且对仪器也提出了很高的要求。由于被检查的主要是镶嵌在珠宝上的宝石，观察其内在特征的可能性往往是有限的。在某些情况下，浸泡在与石头类似的光折射液体中会有所帮助。由于反射面或带有金属光泽的夹杂物，与黑暗背景形成对比的极端差异对照明也是一个相当大的挑战。

图2：在巴基斯坦北部发现的海蓝宝石（绿柱石的变种）中含有电气石晶体。电气石针的干涉颜色是由偏振光造成的。图像宽度：约1.5 mm，透射光，单偏振光。

照明技术

通常，具有下列照明技术的立体显微镜用于宝石学检查:

漫反射亮场：这种照明可以观察低对比度生长结构、颜色分带和流体包裹体。如果使用交叉偏振器，则可以识别双折射矿物包裹体或层状孪晶平原。
暗场:在暗场照明下可以看到非常精细的结构，如在亮场中看不到的针状或发际线的内含物。
玻璃纤维光波导:它们可以实现目标暗场照明，或者与入射光一起用于检查表面结构。

对于像图1-6所示的图像，瑞士宝石学会使用了带有Planapo物镜1.0x的徕卡立体显微镜，它提供了足够的自由工作距离来检查更大的物体。亮场或暗场照明由徕卡微系统公司的冷光源提供。188金宝搏的网址此外，还使用了两个带有外部光源的玻璃纤维波导。由于许多宝石是光学各向异性的，即双折射材料，偏光滤波器(分析仪)通常用于消除由于双折射造成的图像模糊。

图3:在巴西米纳斯吉拉斯的Mina Padre Paraiso发现的海蓝宝石(绿柱石的种类)中的流体包裹体和生长分区。在晶体在水溶液中的生长过程中，应力会导致裂缝的形成，随着晶体的继续生长，裂缝会愈合。在前者的裂缝中，原始水溶液的残余被封闭在空洞中，即所谓的负晶体。这些流体包裹体位于前者裂纹的平面内。当晶体生长后冷却下来，它们的含量在不同的阶段分离。在图示的样品中，所有的内含物都包含一个气泡(CO2)、液态CO2和少量的水。图像宽度:约。3毫米，透射光，交叉偏振器，一阶红色补偿器。

包含物的数字显微照相技术

借助显微摄影技术记录宝石的内部特征可以追溯到19世纪^th100年德国矿物学家Ferdinand Zirkel于1873年在其著作《矿物学和矿物学研究》中提到了这一技术“尽管如此，齐克尔还是对显微摄影持怀疑态度。与绘画技术相比，他认为摄影不可能突出图像的重要部分或忽略不重要的细节。尽管这种所谓的不灵活，显微摄影还是成为ge不可或缺的工具与其他科学一样，宝石学家，如瑞士宝石学学会创始人之一的瑞士教授Eduard Gübelin和美国的J.Koivula，在黑白和彩色胶片包裹体摄影的进一步发展中发挥了重要作用。他们的技术在今天的数码摄影时代仍在使用phy。高质量的光学、仔细的工作和大量的耐心是良好显微照片的先决条件，因为包裹体显微镜的特殊特性带来了相当大的挑战。特别是，强烈的对比度、有限的景深以及石头表面未被注意到的灰尘斑点或划痕通常会造成问题。a通过显微分析，不同的照明技术，最重要的是，它们的结合，对摄影效果至关重要。

图4：巴西米纳斯吉拉斯的水晶（石英）和包裹在水晶（石英）中的金红石针。由于金红石针状物（氧化钛、二氧化钛）具有轻金属光泽，该石英品种的商品名为“铂石英”。图中显示了由第二代石英包裹的第一代岩石晶体包裹体。尽管包裹体和主体材料具有相同的折射率，但由于界面处有一层薄薄的空气，封闭的石英很容易识别。图像宽度：约6 mm，透射光，交叉偏振器，一阶红色补偿器。

不伪造的处理

数字显微摄影在过去几年里得到了普遍的接受，为包含摄影打开了新的可能性。采用高动态范围成像(high dynamic range Imaging, HDRI)技术，可以对亮区和暗区之间的动态亮度范围超过相机感光器有限亮度范围的物体进行成像。HDRI照片是由一系列括号曝光在计算机中生成的，因此完整的对比度范围存储在一个32位的图像中。然而，这种图像既不能在传统显示器上复制，也不能用印刷技术复制。为了获得与视觉印象相对应的具有明显高光和阴影的真实图像，第二步，即所谓的色调映射，是通过压缩亮度范围来产生可以用传统媒体复制的8位图像。

数字图像的计算机辅助后处理提供了一个机会，以克服仍然有限的摄影技术所施加的某些限制，以获得更真实的图像。然而，这个诱人的机会不能导致修饰或颜色变化，故意伪造图像提供的信息。在这方面，费迪南德•泽克尔今天仍然是正确的:作者应该利用他的影响力——无论是用画笔还是图像处理软件，以一种可理解的方式帮助记录现实。