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。

图片来源于网络

具有变色效应的金绿宝石，即变石。

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具有多色性的坦桑石。

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。

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

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。

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。

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

左边深5mm的叶绿体溶液，右边深15mm的叶绿体溶液。

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。

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

透射光照射放在2-3片绿叶上的深绿色碧玺。

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.