你知不知道的都在这里：宝石形成全的过程

  在探索宝石形成过程之前，先给大家讲解一些地球科学的知识，将会使理解更加容易。

  地球大致的结构可用苹果来类比：苹果皮代表地球的表层或地壳（3-25英里厚，占地球体积约1%）；占地球体积80%以上的为地幔，由果肉代表（厚度超过1800英里）；而苹果核代表地核。

地球结构图

  地核是地质学研究和了解得最少的部分，它的内部是固态，外层是液态；地幔是由熔岩（岩浆）组成；地壳的各个板块以及固体的上地幔部分，称作“构造板块”，就漂浮在熔岩之上，缓慢移动。通常板块漂移速度和人的指甲生长速度差不多，但在某些特殊时期，漂移速度会大大加快。板块间以各种方式相互作用，引起了如火山爆发，地震，造山运动等地质活动，塑造了地球千姿百态的地貌。

地壳板块

  除了钻石与橄榄石形成于地幔层，其他宝石矿物都形成于地壳层。地壳由来源和性质迥异的三种岩石组成：火成岩，沉积岩和变质岩。火成岩由熔岩冷却固化形成；沉积岩由层状沉积物固化，蒸发作用，析出作用形成；变质岩是在极高温高压下，由火成岩、沉积岩或变质岩的晶体结构产生变化所形成的岩石。

  地球形成以来，所有岩石都一直在经历反复循环变化的过程，称作“岩石圈循环”。

  从底部红色区域看起，岩浆通过裂隙涌向地面，并缓慢冷却，形成“侵入岩浆岩”，并结晶出较大的晶体。当岩浆快速喷出地表，如火山爆发，形成“喷出岩浆岩”，根据冷却速度的快慢，将形成小到中型颗粒的矿物晶体。一些岩浆冷却得如此之快，只能形成非晶体。花岗石和玄武岩分别是大晶体和小晶体火成岩的代表，而黑曜石（火山玻璃）是非晶体。

  火成岩一旦到达地面，将受到风化侵蚀作用而碎裂成小块，并由风或水携带并堆积在地表。随着时间推移，沉积层反复堆叠加厚（在地面或水下）。来自上层沉积物的压力，使下层沉积物压缩，并产生各种化学和物理变化（成岩作用），最终形成沉积岩。

  蒸发作用也能产生沉积岩，例如：富含矿物质的水蒸发形成钟乳石或石笋。同样的，地表或浅层地表下携带矿物成分的水，也能通过蒸发作用或析出作用，在岩石间的缝隙中或是岩层间形成该种矿物晶体。砂岩和石灰岩是常见的由成岩作用形成的沉积岩。而欧珀和绿松石则由蒸发作用生成。

  局部区域出现岩浆侵入(接触变质）或构造板块间相互作用（区域变质）将使火成岩和沉积岩受到高温（高压）作用，而发生化学和晶体结构的变化，从而产生变质岩。变质作用使石灰石变为大理石，砂岩变为石英岩，蛇纹石变为软玉。

  在岩石圈循环中，还包含了子循环或交叉循环。比如板块间相互作用使沉积岩下沉，变为岩浆，再成为火成岩。或者变质岩被抬升到地面，风化剥落再形成沉积岩等。

  每种宝石的形成，需要同时满足五种苛刻的条件：适宜的温度、压力、空间、化学成分和充足的时间。这就是为什么宝石稀有，及某种宝石比另一种更稀有的原因。氧和硅是地壳中含量最高的两种元素，形成石英（二氧化硅）的条件也相对普通，所以石英分布比较广泛。而斧石，虽然也是硅酸盐类宝石，但形成时除了氧和硅，还需要钙、铁、镁、硼和铝，所以就稀有很多。

地壳中几种元素的丰度

在自然界中，宝石由以下三种方式形成：

  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。

   在浅层地表的环境中：浅层地表水，如雨水，借助重力和蒸发作用，在泥土和岩石间上下移动。空气中的二氧化碳会溶解在水中，形成弱酸，能溶解很多种矿物。如果环境中存在砂质土壤或岩石，二氧化硅将会被溶解，于水分蒸发时形成某些硅酸盐类宝石如：集合形水晶（aggregate quartzes）、玛瑙或者非晶质的欧泊。

   通常，玛瑙层状或者带状的图案的形成，是由于其生长时溶解在周围水中的化学物质的细微变化引起的。具有“葡萄状”集合体的宝石很多都是在浅层地表水环境中形成的。类似地，海水或其他浓盐水，在气候变化时蒸发掉水分，析出岩盐（食盐的矿物名，氯化钠）。而含硫水溶液，蒸发结晶后将产生含硫矿物如石膏。

   如果环境中除了二氧化硅外，还有铝和铜，将可能形成含铜矿物例如：蓝铜矿、孔雀石或绿松石。

浅层地表环境中形成的硅酸盐宝石：图一是具有条带图案的素面的玛瑙，图二是具葡萄状集合方式的红玉髓，图三是岩缝中的黑欧泊，图四是一小块普通欧泊。

紫水晶石柱：注意同时存在于集合体紫晶和单晶水晶中的层状结构

   左：浓盐水蒸发所形成的矿物：内华达州的“野莓色岩盐”

中：澳洲绿色岩盐（生活于盐水中的甲壳动物和微生物的天然绿色色素致色）

右：玫瑰状石膏

左：产于内华达州含有绿松石的岩石

中：极其少见的绿松石晶体产自弗吉尼亚州

右：孔雀石、绿松石和硅孔雀石矿脉共存于一块亚利桑那州的岩石

左：孔雀石和硅孔雀石的剖面

右：犹他州的蓝铜矿

   如果要找玛瑙、欧泊或含铜矿物，去干旱的或半干旱的多砂岩地区是不错的选择。（世界上大多数产出黑欧泊的地区，如澳洲沙漠、美国西部和墨西哥，同时也是著名的绿松石和玛瑙产地）

美国西南地区主要绿松石矿藏

   石化作用（Petrifaction）：通常，植物比较坚硬的有机部分，如木头、坚果，或者动物的骨头或贝壳等，在腐烂之前，有机会被岩浆或沉积物覆盖。覆盖物将隔绝氧气，使有机物腐坏速度大大降低。富含二氧化硅的水，能够非常缓慢地，填充这些残骸中的孔洞、结构，最后将其变为玛瑙或欧泊质地，但仍然保留残骸的本来形状。许多化石都是这样形成的，这个过程被称作石化作用。

   石化作用的实例：棕榈树的化石切片；来自德州的素面棕榈树化石；恐龙蛋蛋壳化石碎片；红尖晶，红玛瑙和恐龙蛋蛋壳吊坠；俄勒冈州的木头化石切片；被欧泊化的蛤化石（欧泊溶液填充了蛤壳中的空间，并在壳腐化前结晶硬化。残留的贝壳化石被人工除去，留下了这块好似浇铸出来的欧泊。

   较深的地底环境：从地下深处来的水，通常被较热岩石加温，而且常具强酸性或碱性，能溶解更多类型的矿物。出现这种类型水溶液的环境被称为“水热环境”。通常，在该环境中温度降低速度和蒸发速度都比在浅层地表慢，利于较大晶体形成。世界上很大部分的高品质矿物和金属矿都形成于水热环境。祖母绿、岩晶（rock crystal quartz）、紫水晶和萤石，都是水热溶液在围岩裂隙中、孔洞中或岩层之间固化时（矿脉或单晶）形成。

左：墨西哥水热环境中形成的紫水晶

中：石英中的黄金矿脉

右：亚利桑那州岩石中的铜矿脉

左：水热环境形成的萤石晶体

中：石英中树枝状产出的银

右：水热环境中生成的天然祖母绿

   晶洞：沉积岩中的孔洞，或火成岩中的气体所形成的空洞，常常是水热溶液发生结晶的地方。这一过程的产物叫晶洞，并通常含有玛瑙或水晶。晶洞是矿物爱好者的一大最爱。

小型石英晶洞；大型紫水晶“大教堂”；亚利桑那州的稀有蓝铜矿晶洞

   当岩浆冷却时，如果有合适的温度、压力、空间和足够时间，某些宝石将会生成。在每种宝石形成的同时，亦减少（或用尽）了周围形成该种宝石所需要的元素。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，将形成不同的矿物。

   侵入岩：由于侵入岩岩浆降温速度缓慢，宝石通常在其中形成，并常产生较大晶体。总的来讲，我们不会从地下深处宝石出生的侵入岩中开采宝石，而是寻找这些携带宝石的侵入岩，在被抬升到地面后，受到风化作用，从其中的剥落出的宝石，或由侵蚀作用暴露出的宝石。刚玉和托帕石可以形成于侵入岩中。

   喷出岩：喷出岩内通常不含有大颗粒晶体。偶尔，在地下深处，一些大的晶体首先形成，而其他的矿物还未结晶，这时岩浆（携带大颗粒晶体）突然喷出地面，并迅速冷却成为细颗粒晶体的火成岩。在这样的喷出岩中，我们可以在细颗粒的围岩中找到大颗粒的宝石晶体。（见后文地幔宝石）。刚玉、月光石、石榴石和锆石是可以由这种方式形成并来到地表的。

左：中国产托帕石晶体

中：微斜长石中的锰铝榴石晶体产地中国

右：围岩中巨大的非宝石级石榴石晶体。

   在地幔中形成的宝石：橄榄石形成于上地幔（20-55英里深）的岩浆中，被板块作用或火山活动产生的喷出岩带到地面。钻石形成于几十亿年前的极高温、高压的地幔深处（约100-150英里深）。这些形成钻石的岩浆（仍然携带钻石）可以喷出地面形成金伯利岩或者钾镁煌斑岩。

大致的情节是这样的：携带钻石晶体的岩浆，突然找到路径并喷出地面。随着岩浆（橙色部分）的涌出，部分岩浆逐渐冷却并形成胡萝卜状的金伯利岩桶，钻石就被“封藏”在这些岩石中。火山锥被风化消失，其中钻石就富集在地表，其他钻石仍然在金伯利岩桶（或钾镁煌斑岩）中（灰色部分）。

左：俄罗斯产金伯利岩中的钻石

右：亚利桑那产玄武岩中的橄榄石。

   伟晶岩：当携带溶解矿物的高压地下水，和岩浆一起沿着缝隙上升冷却时，将开始结晶。这些“岩浆水”中的矿物，浓度将越来越大，并等待着更低的温度来开始结晶。在岩浆结晶的最后阶段，水被以蒸汽的方式排出，高浓度的岩浆残留物在地表附近结晶，形成被称为伟晶岩的独特地质产物。形成伟晶岩的岩浆，通常含有高浓度的稀有元素，例如铍和硼。伟晶岩中常见的宝石有：祖母绿、托帕石、碧玺、粉晶、金绿宝石和锂辉石。

图一是世界级的海蓝宝晶体，产自巴基斯坦北部伟晶岩中

图二是粉色碧玺原石产自伟晶岩质的加州斯图亚特矿区

图三是祖母绿晶体

图四是来自某巴西伟晶岩矿的粉晶

   蒸汽形成宝石晶体的情况比较抽象，日常经验似乎难以想象。在常规大气压力下，普通的环境温度中，这个过程的确不常发生。但是有一个很好的生活中的例子：在冬天，窗门或汽车挡风玻璃上形成的霜，正是由水蒸气冷凝成的固态晶体（冰）。如果您当时正好有放大镜，记得好好欣赏一下漂亮的“霜晶体”。在某些地质活动所造成的极端环境中，如熔岩喷发，极利于冷凝发生的条件比较常见。

   岩浆泡（VUGS）：当岩浆（溶解了液体和气体的流体）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。（打开一瓶碳酸饮料时也会见到这个现象）

   这些困在孔洞内的蒸汽能够在其中形成宝石。所形成的宝石通常是独立的，不和洞壁紧密连接的，常出现“双尖”的晶体，或晶型非常完美、和洞壁没有接触点的晶体（常称为“悬浮晶体”）。美国纽约Herkimer产出的“双尖”形态的水晶，常被称作“Herkimer钻石”就是通过这种方式形成的。

   其他的孔洞，即使没有气体在其中冷凝结晶，但晚些时候可能有地表水，或“水热溶液”进入，被逐渐填充或布满晶体形成“晶洞”等。

纳米比亚产锰铝榴石“悬浮晶”和“双尖”水晶（Herkimer钻石）

左：火成岩浆泡在水热环境中被石英充填

右：产自德国的岩浆泡，其中的钟乳石笋被微小的水晶晶体覆盖

   溶液和蒸汽偶尔也会在某些独特的位置结晶。生活在远古的一只贝壳死去后，逐渐形成化石，壳内的空间后来成为美丽的方解石晶体的家。

生长在贝壳化石内部的方解石晶体，来自弗罗里达

   就像前文提到的，接触或区域变质作用产生的热和压力，可使一种矿物变质成为另一种。这在宝石矿物中非常普遍。大理石和青金石就是由变质作用形成的，红宝石、石榴石和尖晶石常常在受到变质作用的岩石中结晶。

左：变质石英岩中的红宝石

中：青金石法老头像

右：大理石蛋，由石灰岩变质形成

一、由某个活体（或新进死亡的）器官的分泌形成

例如：珍珠、骨类、角类、象牙、龟壳和珊瑚。这些分泌物可以是全无机的，如钙质珊瑚；或者是全有机的，如龟壳；也可以是无机和有机的结合如珍珠、蛋白质珊瑚和象牙。

左：大溪地珍珠黑珊瑚胸针

右：黑珊瑚条（蛋白质珊瑚）

二、某种器官本身或器官的分泌物，在器官死亡后，经长时间的地质和/或化学变化形成

例如：琥珀、柯巴脂、煤精和沼泽橡树（bog oak）。氧化还原作用、挤压作用、脱水或聚合作用改变了他们本身的属性，但这些材料仍然具备或部分具备有机物分子。

左：约1880年制作的沼泽橡树胸针（一种半石化的木材，来自古代的泥炭沼泽，和煤精类似）

右：稀有的缅甸“血珀”和波罗的海琥珀

   宝石形成的地点和宝石被开采、收集（这两者通常也不在同处）的地点是有很大分别的。我们开采宝石的地方叫做宝石矿床，分为原生矿床和次生矿床两种。

   原生矿床是指某种宝石材料仍然包含在其形成时的岩石内。这种矿藏通常位于地下深处，宝石封藏在固体岩石中（伟晶岩、矿脉或岩管中）。这种矿藏通常需要投入大量人力和设备进行开采。

   虽然金属矿（例如：著名的康斯塔克矿）时常在原生矿床开采，但宝石却极少，只有钻石和极少数彩宝是在原生矿床进行商业化开采的。开采方式包括挖掘深入地底的隧道，或露天的方式，去除巨量的覆盖物，将含宝石的岩层暴露出来。

   宝石极易在爆破和粉碎过程中受损，所以典型的开采冶炼用金属矿的方式不能用于开采宝石，大部分宝石开采工作都是由较慢的人力来完成的。美国的蓝宝石，就是在硬岩石中开采出的，主要产自蒙大拿州的Yogo Gulch，开采也是时断时续，主要由当时的经济环境决定。当地的蓝宝石晶体包含在钾镁煌斑岩伟晶岩中。虽然当地产出的蓝宝石是世界一流水平，无色带、无需加热优化即是矢车菊色，但是巨大的开采成本也限制了其市场竞争力。

yogo蓝宝石原石和切磨前后。yogo蓝宝石是世界上最漂亮最昂贵的蓝宝石之一。

   虽然原生矿床形成于地底深处，抬升作用、板块折叠或其他地质运动可以将其移动到地表或浅表。所有暴露在地表的岩石都要受到风化侵蚀，宝石矿也一样。风化侵蚀将使宝石从岩石中剥落，在新的地点富集成矿。次生矿床按照来源，被分为残积矿和冲积矿。

   残积矿：较软的围岩被风化，相对于坚硬的宝石，从围岩中剥落出来，在原址上堆积形成的宝石矿床称为残积矿。宝石能从这些残积物中找到，这是一种相对更经济的开采方法。同时，可由残积矿指引，找到有价值的原生矿床。

   残积矿中的宝石，虽然晶体大，但多内裂，且呈棱角分明的不规则形状，较少宝石级别的晶体。

   世界上最大的橄榄石矿，位于亚利桑那州San Carlos Apache Reservation，就是残积矿类型，由橄榄石从火山玄武岩原生矿床中剥落堆积形成。

亚利桑那州San Carlos Apache Reservation橄榄石产地

亚利桑那州橄榄石，残积矿出产，原石棱角分明并多裂纹

   冲积矿：更常见的，通常更有价值的，是冲积矿（也被成为“placer”）。宝石从原生矿床中剥落后，被水（也可能是风或冰）搬运并富集。由于大部分宝石都比岩石重，所以宝石与砾石、沙和泥一起沉积于小溪、河流或海岸的水流缓慢处或滩涂上。（也可能在目前已经干涸的古代河流遗址中被发现）。

   在搬运到下游的过程中，摩擦力和冲撞使宝石原石较脆弱的部分开裂，同时形状更趋近球形，表面也更光滑。冲积矿中的宝石原石，通常较小，但净度高，品质更好。被搬运的距离越远，原石颗粒越小，也更圆。但坚硬的钻石除外，除非碎裂或延解理处裂开，它将保持原有的结构和大小。

   至今，绝大部分的具有经济意义的宝石开采都是在次生矿床中进行的。技术方法从简易的单人单盘洗淘，到大公司主导的成规模的机械化挖掘、清洗、分拣。

澳大利亚尖晶石原石，开采自冲积矿。

阿肯色州的钻石原石（都小于一克拉），于残积矿中手工开采、筛选。