矿物是构成我们自然世界的无生命基石。它们构成岩石，强健我们的骨骼和牙齿，甚至让我们血液携带氧气。但即使矿物没有组成雄伟的山脉或维持人体运转，它们本身也相当迷人。
目前已知的矿物有数千种（确切地说有 5,703 种），还有更多有待发现。它们的颜色比你想象的还要丰富。加州理工学院研究矿物光谱学的矿物学家乔治·罗斯曼（George Rossman）说：“彩虹的所有颜色都存在于矿物中”，而且还有更多。
除了我们在白天看到的引人注目的景象，许多矿物在紫外线照射下会发出隐藏的色彩。最酷的是，它们闪耀的色彩和非凡的荧光都归功于一些微小的调整和瑕疵。
什么是矿物？
罗斯曼解释说，矿物“被认为是天然存在的、无机固态物质”。但他表示，即使是这样的定义有时也会变得“模糊”。“如果一棵树腐烂并留下一些结晶物质。那是矿物还是生物材料？”他问道。
尽管如此，大多数矿物学家同意，他们研究的对象是自然过程形成的固态化合物，并具有单一的化学成分和晶体结构。岩石由许多不同的矿物混合而成，而宝石则是结构特别完美的矿物晶体。
罗斯曼说，虽然矿物是根据它们理想的“纯净”成分和形态进行分类的，“但我们必须认识到，大自然有 80 多种不同的元素可供玩耍”。“存在各种各样微量成分的小碎片。在大自然中，你很少能得到绝对化学纯净的东西。”矿物的形成是一个化学反应。最终出现在矿物中的杂质和原子结构都来自于它结晶的环境和条件。
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此外，矿物的分类不仅取决于其化学成分，还取决于其内部的原子排列。罗斯曼说：“蓝晶石、红柱石和硅线石是我们能在变质岩中找到的三种具有完全相同化学式但结构不同的矿物。”他还以地球上最常见的矿物之一——橄榄石为例。他解释说，橄榄石存在于地幔的相对浅层，“但随着我们进入地球深处，承受越来越高的压力，它会转化为其他被赋予不同名称的结构排列。”
是什么导致矿物颜色如此多样？
材料吸收和反射不同波长光线的方式决定了它的颜色。例如，一棵树上的叶子是绿色的，因为叶绿素吸收红光和蓝光，将绿光和黄光反射回你的眼睛。
了解矿物的分类有助于我们理解它们为何呈现出如此丰富的色彩。化学杂质和原子结构都会影响颜色，因为它们会改变矿物的吸光光谱。
例如，红宝石之所以呈现出鲜艳的红色，是因为其分子式中用少量的铬取代了铝。但如果你使用相同的分子式，用钛或铁取代铬，你就会得到蓝宝石，纽约美国自然历史博物馆的矿物学家兼馆长乔治·哈洛（George Harlow）说。这两种宝石都是透明矿物刚玉的杂质版本。
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使红宝石呈红色的铬（Cr 3+）也可以导致形成鲜绿色的祖母绿，这归因于分子结构的差异，罗斯曼解释说。在红宝石中，铬原子靠近氧原子。而在祖母绿中，氧和铬的距离更远，这改变了分子吸收光线的方式。
为什么有些岩石会发光？
如果说颜色是矿物与光相互作用的方式，那么荧光就是它的延伸。
光是一种能量形式。对于非荧光颜色，我们看到的是矿物选择性地反射外界光源的光波长到我们眼睛的结果。但对于荧光颜色，矿物会吸收光源的能量，然后产生自己新的光波长。
有些矿物非常荧光，你可以在阳光下看到这种效果。另一些则需要更高能量的紫外线才能触发足够强的光波长，供人眼检测。这就是为什么当你用黑光灯看荧光笔或白衬衫时，它们似乎会发光。荧光笔和白色衣物通常依靠紫外线活性染料在日光下显得格外明亮，所以它们在阳光下也会略微荧光。但在黑光灯发出的高能量定向射线照射下，它们的荧光会更加明显。
据加州理工学院研究荧光和光谱学的矿物学家格伦·韦丘纳斯（Glen Waychunas）说，约有 600 种矿物被证实能在黑暗中发光。他补充说，在某些地质区域，例如新泽西州的富兰克林，著名的斯特林希尔矿就在那里，这种现象很常见。
与颜色一样，矿物的荧光通常是杂质（称为活化剂）造成的。这些元素与紫外线反应产生荧光色，并与它们所在的矿物协同作用。有些矿物在相同的活化剂作用下可能呈现出不同的颜色，有些则可能根本不发光。此外，还有称为“淬灭剂”的杂质，它们可以阻止活化剂工作，即使其他所有条件都合适。如果某种活化剂过多，它也会“淬灭”自身，阻止荧光。这是不同原子之间复杂的相互作用。
结构对于理解荧光也很重要。矿物缺陷，就像结构框架中的拼写错误或印刷错误，会在基质中留下额外的空间——为受激电子提供了一个可以移动的间隙。然后，这些粒子吸收能量，并将能量以荧光光的彩色波长释放出来，即使没有活化化合物存在。
在哪里可以看到发光和彩虹色的岩石？
这个夏天，利用温和的天气，探索你家周围的地质构造。你可能会偶然发现一些正在发光的现象。韦丘纳斯建议，要获得最佳的成功几率，晚上带着紫外线手电筒去寻找矿物。“去一个[旧]采石场，或者去一个只有岩石露头的地方，”他说。“人们会惊讶于他们可能会发现什么。”即使在荧光岩石不太常见的地区（这个网站可以告诉你你家附近有哪些好的矿藏），建筑工地的填充物或从别处运来的景观砾石也可能隐藏着发光宝藏。韦丘纳斯说：“这只是从另一个有趣的视角看待大自然，看到这种现象无处不在。”
如果你自己寻找运气不佳，你很可能在当地的自然历史博物馆找到迷人的荧光标本。在纽约市，美国自然历史博物馆有一个全新的矿物和宝石展览，在那里你可以亲眼看到上面所有图片中的矿物。
