張 超

2018年美國(guó)夏威夷基拉韋厄火山噴發(fā)，伴隨著火山噴發(fā)出來(lái)的還有一種綠色的寶石——火山噴發(fā)結(jié)束后，在街道和海灘邊都出現(xiàn)了大量的橄欖石，人們驚呼火山下起了綠色“寶石雨”。同樣在夏威夷的帕帕柯勒海灘，整個(gè)海灘因?yàn)楦采w大量的綠色橄欖石，而被譽(yù)為“綠寶石”沙灘。這些綠色的寶石都是從哪里來(lái)的呢？讓我們一起來(lái)了解一下綠色寶石——橄欖石。

橄欖石是八月的誕生石，有著悠久的歷史。3500年前，在著名的埃及扎巴賈德島（現(xiàn)名圣·約翰島），首次發(fā)現(xiàn)了這種綠色的寶石并一直開(kāi)采至今。古希臘人稱(chēng)它為“太陽(yáng)寶石”，認(rèn)為其具有太陽(yáng)一樣的神奇力量，可以驅(qū)除黑暗和邪惡，能夠給人類(lèi)帶來(lái)光明和希望。

橄欖石因顏色與橄欖十分相似而得名。它屬于一類(lèi)數(shù)量龐大的礦物家族——硅酸鹽。而橄欖石本身也是一類(lèi)礦物的合稱(chēng)，橄欖石類(lèi)礦物包括錳橄欖石、鎂橄欖石、鐵橄欖石、鎳橄欖石，等等，這些都是理想的含有單一金屬離子的純粹端員，但是大部分礦物都含有兩種或兩種以上的金屬元素，比如鈣鐵橄欖石、鈣錳橄欖石、鐵錳橄欖石、鎂鐵橄欖石，等等。

其中的鎂鐵橄欖石是最常見(jiàn)的一類(lèi)橄欖石。鎂鐵橄欖石（(Mg,Fe)2[SiO4]）是鎂橄欖石（Mg2SiO4）、鐵橄欖石（Fe2SiO4）的中間過(guò)渡品種。其中的金屬元素鎂和鐵，含量可以相互替換，從鎂0%、鐵100%到鎂100%、鐵0%。這種現(xiàn)象稱(chēng)為類(lèi)質(zhì)同像，這種部分元素可以完全相互替換的現(xiàn)象也稱(chēng)為固溶體系列，就好比一種固態(tài)“溶液”可以溶解其他的固態(tài)“溶質(zhì)”一樣，只不過(guò)這里液體換成了固體。

橄欖（上圖）與橄欖石（下圖）

橄欖石理想聚形晶形（據(jù)《珠寶玉石學(xué)》）

這兩種端員的橄欖石由于組分的不同，有很多不同的物理性質(zhì)。鎂橄欖石的熔點(diǎn)有近1900°C，鐵橄欖石的熔點(diǎn)約1200°C，前者比后者要高出700°C左右。鎂橄欖石的密度要低于鐵橄欖石。顏色上來(lái)說(shuō)鐵橄欖石為深棕色，鎂橄欖石為無(wú)色。

作為二者的中間過(guò)渡型，鎂鐵橄欖石的物理性質(zhì)隨兩個(gè)端員之間鐵鎂含量的變化而逐漸過(guò)渡。當(dāng)然除了鎂和鐵之外，橄欖石中還會(huì)含有一些微量金屬元素如錳、鎳、鈷、鉻、鈦等，這些也會(huì)對(duì)橄欖石的性質(zhì)有一定的影響。

一般能形成寶石的橄欖石大多為含鐵較少的鎂系橄欖石，包括鎂橄欖石和貴橄欖石（Fe2SiO4含量10%-30%之間）。這主要是因?yàn)殚蠙焓需F含量在12%-15%時(shí)，表現(xiàn)出的顏色會(huì)是漂亮的橄欖綠色，而如果鐵含量較高顏色會(huì)變深，接近深棕色。

不同于很多其他寶石雜質(zhì)離子的顏色成因（它色），橄欖石的顏色是因?yàn)槠渥陨斫Y(jié)構(gòu)中的鐵元素致色，屬于自色礦物，所以形成的顏色十分穩(wěn)定。如果含有二價(jià)鐵離子較多呈現(xiàn)綠色，三價(jià)鐵離子占主要時(shí)則可能為黃色。橄欖石中如果含有微量鉻元素并不會(huì)引起色調(diào)的變化，但會(huì)使呈現(xiàn)的綠色調(diào)更加明亮。

這里“科普”一下——自色是礦物本身固有的顏色；它色是礦物成分之外的混入元素造成的顏色；假色是由于某種物理光學(xué)效應(yīng)所呈現(xiàn)的顏色。

橄欖石除了普通常見(jiàn)的黃綠色，還會(huì)有特殊的品種，如貓眼橄欖石和星光橄欖石，但它們都非常罕見(jiàn)。貓眼石是指橄欖石切割成蛋面時(shí)，在光照下會(huì)表現(xiàn)出一條明亮光帶的寶石品種。星光橄欖石是指在橄欖石弧面寶石中，內(nèi)部包體對(duì)光反射，使得寶石產(chǎn)生十字或四射星光效果。

再來(lái)看看橄欖石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，橄欖石屬于島狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)。島狀硅酸鹽是根據(jù)硅氧四面體的連接方式命名的，每個(gè)硅氧四面體都通過(guò)金屬陽(yáng)離子連接起來(lái)，就好比一座座小島被航線(xiàn)連接一樣。

具體到橄欖石來(lái)說(shuō)，其特點(diǎn)為孤立的硅氧四面體中氧離子成近似六方最緊密堆積，硅離子填充部分空隙，剩下的空隙由二價(jià)的鎂離子和鐵離子填充。內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了它的物理性質(zhì)。橄欖石為斜方晶系，晶體形態(tài)有斜方柱、斜方雙錐等，但一般完好的晶體形態(tài)很少見(jiàn)，大多數(shù)表現(xiàn)為顆粒狀。橄欖石存在一組中等解理和一組不完全解理，脆性比較大，莫氏硬度6.5-7，略小于石英（7），隨鐵含量的增加而變高。

橄欖石是主要造巖礦物之一，主要存在于橄欖巖中。橄欖巖是地球上地幔的主要組成成分，是一種主要由橄欖石和輝石組成的巖石。地幔的橄欖巖通過(guò)與地殼的物質(zhì)交換來(lái)到地表，主要途徑為巖漿噴出作用和侵入作用。

寶石級(jí)橄欖石大多是巖漿作用形成的，其內(nèi)部存在很多包裹體。這些包裹體有礦物類(lèi)包裹體、氣體包裹體、液體包裹體，等等。礦物包裹體有鉻鐵礦、鉻尖晶石、黑云母、鉻透輝石、石墨，等等。典型的包裹體形態(tài)有氣泡狀、圓形、扁圓形、荷葉形、睡蓮葉狀、海百合狀包裹體。其中睡蓮葉包裹體是橄欖石最常見(jiàn)的包裹體類(lèi)型。它的形成過(guò)程是這樣的：橄欖石形成過(guò)程中有礦物包裹體顆粒存在，在寶石形成之后，由于后期環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，包裹體和橄欖石二者的熱膨脹系數(shù)不同，包裹體膨脹速度快時(shí)會(huì)將周?chē)膶毷瘬瘟眩瑥亩纬深?lèi)似荷葉的形態(tài)。

看到這里，你可能已經(jīng)知道了夏威夷的橄欖石是從哪里來(lái)的。開(kāi)篇提到的寶石雨來(lái)自火山噴發(fā)，沙灘上的橄欖石可能為溢流巖漿帶到地表的，它們都來(lái)自地球深部。那么橄欖石在什么條件下才會(huì)噴出地表呢？它主要分布在哪些地方呢？

第一類(lèi)，玄武巖中的橄欖巖包體。當(dāng)玄武巖從上地幔噴出或侵入到地表時(shí)，會(huì)攜帶大量幔源的橄欖巖包體，其中就有許多大粒橄欖石晶體。有人認(rèn)為這些橄欖石是巖漿在地球深部冷卻結(jié)晶后帶到近地表的，也有人認(rèn)為這些寶石是在巖漿到達(dá)近地表之后，隨著流體和氣體的揮發(fā)而迅速結(jié)晶的結(jié)果。

第二類(lèi)，巖漿熱液變質(zhì)作用。巖漿熱液是在巖漿結(jié)晶過(guò)程中，從巖漿中釋放出來(lái)的熱水溶液。它最初是巖漿體系的重要組成部分。巖漿熱液中除了水還有大量的揮發(fā)組分，它們能夠與金屬形成絡(luò)合物并很容易將其遷移并在某些地方富集，是重要的成礦類(lèi)型。這些熱液與含有鎂鐵的圍巖接觸，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，就會(huì)形成橄欖石脈體，可以形成很大的規(guī)模。著名的扎巴賈德島橄欖石就屬于熱液成因類(lèi)型，其整個(gè)島嶼幾乎都是由橄欖巖組成的。

玄武巖中的橄欖巖包體

具體來(lái)說(shuō)，世界上橄欖石的主要產(chǎn)地有紅海的扎巴賈德島、緬甸的抹谷地區(qū)、美國(guó)、巴西，等等。我國(guó)河北張家口、吉林大石河、山西天鎮(zhèn)等地也發(fā)現(xiàn)過(guò)橄欖石。其中除埃及扎巴賈德島為熱液成因外，其余大多為玄武巖包體類(lèi)型。目前世界上發(fā)現(xiàn)的最大的寶石級(jí)橄欖石產(chǎn)于紅海的扎巴賈德島。我國(guó)河北省張家口市大麻坪漢諾壩玄武巖中，曾發(fā)現(xiàn)一顆重約230克拉的橄欖石，是我國(guó)橄欖石之最，被稱(chēng)為“華北之星”。

橄欖隕鐵切片（左圖山西地質(zhì)博物館藏、右圖朱豪藏品）

其實(shí)橄欖石不僅在地球上有分布，還可以來(lái)自外太空的其他天體。橄欖石是目前唯一一種來(lái)自地球以外的珍貴寶石。在隕落地球的天外來(lái)客中，有一部分屬于石鐵隕石，其中的橄欖隕鐵類(lèi)型有大量綠色橄欖石。當(dāng)切開(kāi)橄欖隕鐵時(shí)，可以看到與金屬礦物界限清晰的寶石級(jí)橄欖石。橄欖隕鐵是非常珍貴的隕石，極具科學(xué)研究意義。

如果橄欖石具有清澈透明的顏色和光澤，而且內(nèi)含物較少，大多被用作珠寶首飾，比如胸針、戒指、耳墜等，屬于珠寶市場(chǎng)的中檔寶石。人們認(rèn)為這種寶石代表了和平和幸福，有美好的寓意。

在科研方面，由于其主要來(lái)源于地球深部，所以橄欖石和其內(nèi)部包體的研究對(duì)于探究巖漿起源和形成過(guò)程、地幔組成和演化等問(wèn)題可以提供重要的信息。

除了以上兩個(gè)方面，橄欖石在鑄造業(yè)、煉鋼業(yè)、耐火材料等方面也有廣泛的用途。

鎂橄欖石的耐火性可以用來(lái)制作耐火材料，在橄欖石耐火磚的制作過(guò)程中，原料可以不預(yù)先煅燒，能夠有效簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，降低生產(chǎn)成本。

在鑄造鋼材中，使用的新型橄欖石的堿性材料，具有較高的熱導(dǎo)率、熱容量、耐火度和緩慢的熱膨脹性能，被廣泛用于鋼材冶煉特別是高錳鋼件及精密合金鑄件等材料。

橄欖石可以溶于硫酸，在化工產(chǎn)業(yè)中可以制備很多工業(yè)化合物，比如制取硫酸鎂、冶煉金屬鎂、生產(chǎn)鈣鎂磷肥，等等。