隱晶質石英可依其結晶習性,再分為纖維狀結構和粒狀結構兩種。第一種是以極細小的纖維狀二氧化矽晶體所組成,其成員統稱為玉髓;第二種則是極細小的粒狀二氧化矽晶體所組成,其成員包含碧玉和燧石等。茲分別略述如下:

a. 玉髓(Chalcedony):亦稱為石髓,形成於低溫、低壓下的環境,常以腎狀、鐘乳狀、葡萄狀等形態產於噴出岩孔洞、溫泉沉積物、熱液礦脈、碎屑沉積物或風化殼層中。其顏色多種,因含氧化鎳而呈現蘋果綠色者叫玉髓(Chrysoprase)。目前市面上俗稱為「澳洲玉」的飾品,其實就是綠玉髓的化身;因含有銅離子而呈現藍色至藍綠色者叫玉髓(AzurchalcedonyAzurlite)。產於台灣台東縣都蘭山的藍玉髓(圖36),主要是以脈狀夾於安山岩中,曾為台灣賺取不少外匯,因而有「台灣藍寶石」之稱;因含有氧化鐵而呈現紅色者叫玉髓(Carneol);因含有赤鐵礦等而呈現紅色斑點,狀如灑上血跡般者叫玉髓或血滴石(Heliotrope);因鐵離子侵入晶格中產生色心(晶格缺陷)而呈現紫色者叫玉髓(purple Chalcedony)。


   36 產於台灣都蘭山的藍玉髓

         (本圖引自全球寶石珠寶網http://www.wgic.com.tw/news/main_view.php?id=179)


 




b. 瑪瑙(Agate):具有平形帶狀紋路、近同心圓狀紋路或有苔蘚狀內含物的玉髓類,特稱為瑪瑙。天然瑪瑙大都呈現灰白或灰黑色,外觀上不夠亮麗,因此,為使其較為美觀,目前市面上大多數的瑪瑙類飾品,都是人工染色產品(圖37)。將原石浸泡在蔗糖水中,使蔗糖汁充填於瑪瑙的孔隙中,再將其浸入濃硫酸裏並緩慢加熱至沸騰,冷卻後即可得色瑪瑙;將原石浸泡在硝酸鐵溶液中加熱,可染成色;將原石浸泡在鉻酸鎳溶液中加熱,可染成色;將原石浸泡在亞鐵氰化鉀中,數天後,再改泡於硫酸鐵溶液中加熱,,可染成色;將不想改色的地方以臘封住,再進行上述染色動作,則可做成西藏天珠的多種產品。



  (a)                                                               (b)


    


 (c)                                                              


    



  (d)                                          (e)



        


  (f)         


     


      圖37 (a)產於巴西的瑪瑙晶洞。係二氧化矽滲入岩石縫隙,沿著岩石孔洞邊緣析出結晶,逐漸往孔洞中心成長,其後結晶速度及環境改變,故長出小水晶;(b)經染色後的瑪瑙切片;(c)產於巴西的水膽瑪瑙(Enhydroswater agate),其內有未飽和二氧化矽水溶液(綠色箭頭指示內部的水面位置)(d)產於墨西哥的火瑪瑙,因含有大量赤鐵礦微粒而造成火彩;(d)產於中國的苔紋瑪瑙或稱為纏絲瑪瑙切片,其表面已刨光;(f)產於巴西的藍紋瑪瑙原礦及其光外貌。



 

c. 碧玉(Jasper):粒狀結構的二氧化矽中含有大量細小的赤鐵礦時,會形成紅色色澤且不透明的紅碧玉。若所含的離子不同,則會呈現綠色、黃棕色、黑色等不同顏色的碧玉(圖38)。


d. 燧石:淡色者稱為Chert;深色者稱為Flint


  

38 產於中國的碧玉。因不同離子的作用,呈現黃、綠、紅等色澤。(中國蒙古地區產有多種碧玉和玉髓類,常年經風沙侵蝕,外表已被自然刨光,當地人稱此類為「戈壁石」)



 

2.高溫石英:此類石英形成的環境溫度需高於573,較容易在酸性火山岩中形成,有時亦可能出現在中性火山岩中,如台灣基隆山的石英安山岩中就曾發現它的蹤跡。


當環境溫度逐漸降低至573以下,高溫石英內部結構開始不穩定而慢慢轉變為低溫石英的結構,換言之,常溫下所看到的高溫石英,其實只是具有高溫石英六方雙錐的晶形,但原子排列卻是低溫石英的結構(圖39)。


高溫石英和低溫石英的差別,主要在原子間的緊密程度有些許差異,表現在外觀上就是最對稱性的不同,以最高對稱軸來比較,高溫石英具有一根六次旋轉對稱軸,而低溫石英僅有一根三次旋轉對稱軸(圖39)。


               


39 (a)產於印尼的高溫石英,紅色虛線示六次旋轉對稱軸;(b)產於馬達加斯加的「星芒水晶」,紅色虛線示三次旋轉對稱軸。黑色星狀內含物為錳鋇礦(註)。


 



註:錳鋇礦與玲根石


19741975年間,劉玲根 博士首次合成MgSiO3和(Mg,FeSiO3之鈣鈦礦相(已被學界公認是地球內部含量最豐富的礦物,幾乎達地球總量的一半,也是組成下部地函的主要成分)。


    1978博士將花岡岩置於攝氏1000度的環境,再將壓力由2atm漸增至20atm,觀察其中鈉長石的轉變過程,結果鈉長石漸變成硬玉和高壓石英,最後轉變成新礦物,也就是具錳鋇礦結構的(Na,CaAlSi3O8(正方晶系玲根石Lingunite)。其後,歷經多國數位學者的研究,才在隕石中數次發現此類礦物,進而申請命名為玲根石。終於在2005年三月獲得核可,劉玲根 博士也成為以發現者名字來命名礦物的臺灣第一人。


位於上部地函底層,約地下深度500多公里處的環境,其溫度和壓力都已達到玲根石的形成條件,所以 博士推論該處應存有這種礦物。


 


 

二、鱗石英(表一):


低溫鱗石英屬斜方晶系(?),在117°C以下准穩定;中溫鱗石英屬六方晶系,在 117163°C準穩定。兩者主要都是經由岩漿快速冷卻過程,先形成高溫鱗石英再轉變中溫鱗石英,最後轉變成低溫鱗石英,所以,較容易在酸性火山岩中發現。


高溫鱗石英屬六方晶系(圖40),在8701470°C穩定、163870°C準穩定,主要產於酸性火山岩中(石質隕石和月岩中亦曾發現),所以晶體細小,多以六方薄板狀或鱗片狀產出。常溫常壓下,只能見其假像晶體。



 



         請思考:為何β2鱗石英產於火山岩,卻不見形成於深成岩中?


 




三、方矽(表一)


低溫方矽石屬正方晶系(圖41),在268°C以下準穩定,主要是經由岩漿快速冷卻過程,先形成高溫方矽石再轉變形成,所以,較容易在酸性火山岩中發現。


高溫方矽石屬等軸晶系,在14701723°C穩定、2681470°C準穩定,主要產於酸性火山岩中。常溫常壓下,只能見其假像晶體。



 


              


引自http://www.mindat.org/min-1155.html  引自http://www.mindat.org/min-4015.html


41 呈正方晶系的低溫方矽石                                  40 呈六方晶系的鱗石英


 



四、常壓下非晶質的蛋白石(Opal


蛋白石的化學成分為SiO2·nH2O,即含非定量水的二氧化矽,一般而言,其水含量介於3 ~ 9%,最多可達20%以上,常以葡萄狀、鐘乳狀或結殼狀產出,硬度6~6.5


蛋白石的特色與美麗在於它的彩虹現象,七彩繽紛的外觀由不同角度觀賞,可呈現出多種顏色。此變彩的形成原因,主要是蛋白石內部係由近似等球粒結構的原子間距與合適的光波波長產生繞射現象,故形成彩光(圖42);如果二氧化矽球粒的大小差異大,則容易形成乳白色光澤的白蛋白石或奶蛋白石;如果二氧化矽球粒的大小極不勻稱,則形成完全無火光或極差彩光的劣質蛋白石。



(a)



(b)



(c)




 

42 (a)光線進入蛋白石結構內部產生繞射現象示意圖;


        (b)產於澳洲的蛋白石化蛤化石及箭石化石。  


        (c)產於墨西哥的蛋白石。


 



藉由布拉格繞射方程式λ = 2dnsinθ(其中λ為入射到蛋白石的光波波長;d是繞射面的面間距,即二氧化矽球粒的直徑;n是二氧化矽球粒的折射率,大約是1.5θ是入射X光與晶面之夾角)可說明不同的入射角會對不同的光波長產生繞射。因此拿一塊蛋白石在光線照射下轉動,隨著角度變換,蛋白石便會呈現不同顏色。


光線進入蛋白石內部,當 θ 角越大時,則容易見到紅光繞射;當 θ  角越小時,則容易見到紫光繞射。當然,二氧化矽球粒的直徑改變時,出現各色光的 θ 角也會跟著變化。將蛋白石置於水中,變彩效果也會不一樣喔!



 


高壓下的石英家族


高壓狀態下形成的柯矽石(Coesite)及施矽石(Stishovite)均是石英的同質多象體。 


一、柯矽石(表二)


柯矽石屬單斜晶系,約1976×108Pa定,常溫常壓下準穩定。1960年,在美國亞利桑那州的隕石坑內,首次發現天然產出的柯石英,其後,在榴輝岩(組成上部地函的主要岩石之一)中,也已發現柯石英的蹤跡。


 


二、施矽石(表二)


施矽石屬正方晶系,約76 × 108  Pa定,常溫常壓下準穩定。其結構的緊密程度比柯矽石高約46%,故亦稱為高密石英。1962年,在和發現柯矽石的同一個隕石坑內首次找到了施矽石。


天然產出的施矽石,目前只發現於隕石坑內,係因隕石超高速撞擊地殼的瞬間巨大壓力,將石英轉變而成。依此壓力推斷,地球內部四、 五百公里 深處,應該可形成施矽石。


 


三、正方矽石(表二)


正方矽石(Keatite)屬正方晶系,目前在自然界中尚未發現它的蹤跡。


 


四、焦石英(表二)


焦石英(Lechatelierite)為天然非晶質的高二氧化矽玻璃。主要是由閃電電擊或隕石撞擊時產生的瞬間高溫,將地表石英沙熔融,然後再急速冷卻而形成。


因閃電電擊形成的天然玻璃,常具管狀結構,管狀外圍包覆著石英沙粒而形成矽管石(Fulgurite,圖43;因隕石撞擊形成的天然玻璃,常具飛濺的拉長形狀,稱為似曜岩(Tektite)。




 


43 產於利比亞的矽管石,亦稱為電焦管石或閃電熔岩,俗稱為雷管。


 


 


表二 高壓下石英家族分類及其部分特性概述(括弧內為對稱型符號)


 































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下的石






   



 



  



比重



穩定或準穩定


之壓力、溫度範圍



      



柯矽石



石英


斜矽石



   


2/m



2.93



19~76 ×108Pa 穩定


常溫常壓下 準穩定



 



施矽石



施英石


重矽石



   


(4/m 2/m 2/m)



4.28



76 × 108  Pa 穩定


常溫常壓下 準穩定



 



正方矽石



高壓方矽石



   


( 4  2  2 )



2.05



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