宝石冷知识：听说过变色效应，听说过usambara效应吗？

我们知道有些宝石具有变色效应，即在白炽灯下显示红色，在日光灯下显示绿色，例如金绿宝石中的变石、蓝宝石、石榴石等。还有一些宝石具有二色性，即在不同的方向观察，宝石具有不同的颜色，例如坦桑石、碧玺等。

具有变色效应的变石

图片来源于网络

具有三色性的坦桑石

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其实，少数宝石还可能具有一种很少有人知道的性质，便是usambara效应。同一种宝石，其厚度不同，可显示不同的颜色。

1849年，Haidinger在使用二色镜观察具有三色性的金绿宝石时发现：在日光下，被观察的金绿宝石的三色性为不同种类的绿色；在灯光下，它的三色性为橘黄色（最浅）、祖母绿色（最深）以及红紫色。但是在三色性的红紫色中发现了一种神奇的现象，在宝石较薄的部分为带有紫色调的绿色，在宝石较厚的部分为红紫色！

1961年，Webster在观察一种来自坦桑尼亚的深绿色碧玺时发现，在较薄的部位是绿色，在较厚的部位为红色。当使用二色镜观察时，在较薄的部位有较强的二色性，分别为浅绿色和深绿色；在较厚的部位，为浅红色和深红色。

后来还有科学家在石榴石中发现了usambara效应，作为光性均质体，石榴石是没有二色性的，这说明usambara效应与二色性是宝石两种不同的性质，但是有些卖家会把这种效果错认为宝石的二色性或者变色效应。

还有一种有趣的玩法：使光透过一片较薄的具有usambara效应的绿色碧玺，看到碧玺呈现绿色；如果将另一片较薄的具有usambara效应的绿色碧玺放在它的上面就呈现红色了。

把一块绿色碧玺放在另一块绿色碧玺上时，绿色的碧玺变红。

图片来源《The Usambara effect and its interaction with other colour change phenomena》

这是为什么呢？

根据Lambert法则：

I(z)=Io*exp(-a*z)。

其中Io表示进入宝石的光的强度，I(z)表示穿过厚度为z，吸收系数为a的宝石的光的强度。

如果Io变为1/2Io，z变为2z，那么I(z)就会变为1/4I(z)。

宝石的厚度越大，那么通过宝石的光的路程就更长，也就是光程更长。随着光程的增加，虽然透光能力总体上是逐渐减弱的，但是如果透过的绿光强度减弱得比透过的红光强度逐渐增强，那么我们就会看到红色！

这种现象在宝石中不是很常见，但是在有机染料领域却是很常见。而且有科学家还发现叶绿素也有这种效应。使用透射光照射叶绿素的丙酮溶液，如果溶液是一个薄层就为绿色，如果溶液深度增加将会显示红色。

左边深5mm的叶绿体溶液，右边深15mm的叶绿体溶液。

图片来源《The Usambara effect and its interaction with other colour change phenomena》

鉴于叶绿素具有这种性质，如果使透射光穿过2-3片绿叶来观察具有usambara效应的绿色碧玺时，就可能观察到红色。

透射光照射放在2-3片绿叶上的深绿色碧玺会呈现红色。

图片来源《The Usambara effect and its interaction with other colour change phenomena》

这个宝石冷知识你学会了吗？

参考文献：

Asbjorn Halvorsen. The Usambara effect and its interaction with other colour change phenomena. The journal of gemmology. 30(1). 2006: 1-21.

中国地质学会珠宝专家团

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