2018年6月30日

玲根石的故事與 翡翠的來源

劉玲跟/1971年獲美國羅徹斯特大學博士。1974~1996年任教澳洲國立大學,1994~2007年任職中央研究院。1974合成鈣鈦礦結晶形鎂鐵矽酸鹽,或稱劉氏石,約半個地球是由此類礦物所組成。


玲根石(lingunite)是國際礦物協會(International Mineralogical Association)於2004年以筆者的英文名字(Lin-Gun)命名的一種礦物,此礦物主要產於撞擊地表的隕石中(圖一),當然地球500公里以下的深處,也可能存在這種礦物。


玲根石的發現,始於我在1977年想要探討各種鈉鋁矽酸鹽礦物相互間的關係和是否在高壓下有可能產生一些新的物質?地表上有兩種常見鈉鋁矽酸鹽礦物,一種是大家常見到建築物外表花崗岩中不透明白色的鈉長石(albite),另一種就是中國人喜愛的翡翠(jadeite,或稱硬玉)。上世紀60年代初,科學家的實驗已證實鈉長石在高溫高壓下會分解產生翡翠。


圖一:下圖是一小塊泰能隕石(Tenham Meteorite)的碎塊。中間玻璃片上展示的是研磨後的隕石薄片。薄片中黑色不透光的部位是現今留下的隕石撞擊地面時造成的熔融體。玲根石就是用電子顯微鏡在黑色部位找到的,其中還存在著若干其他高壓礦物。(作者提供)

礦物實驗研究我在實驗室裡用鈉鋁矽酸鹽做過許多高溫高壓的實驗後,在一張有21條明暗線條的X光繞射底片上,鑑定出3種共存的礦物(翡翠即為其中之一),但除此之外,底片上還另外存在著4條強弱不同的線,而這4條線是不屬於那3種礦物的。在檢討實驗過程和分析結果後,斷定這4條線是屬於一種新的物質。有過這方面研究工作經驗的人都會知道,除非是立方晶系的物質,想要依據4條X光繞射線來求得任何一種矽酸鹽的新物質是一件幾近不可能的任務,更何況其中有兩條線還是繞射角度比較高的。經過日夜思索,我推論這是一種具錳鋇礦(hollandite)結晶形的新物質,根據兩條低繞射角度線的晶面距,約略推算出晶格的大小和它應有的化學組成(與鈉長石相同)。再經過仔細計算後,除了那4條線外,在底片上此新物質應該還有10條線,其中7條線和其他3種礦物的線是重疊的,剩下的3條是弱得看不到了,當然,那7條重疊的線也可能是弱得看不到的,完整的實驗結果發表在1978年的論文中。


事隔十幾年後,有兩個日本大學的實驗室做了一些和我在1977年工作相關的研究,他們先後於1994年和1996年發表了兩篇論文,論文結果並不支持我1978年論文中所發表的新物質的證據,且認為我1978年發表的新物質是不可靠或不存在的。但是他們忽略了另一位日本森(Mori)教授於1990年發表的一篇極短的日文摘要,這篇摘要發表在日本礦物協會的年度研討會上。作者在一種隕石中發現了一種新礦物,他把此礦物的晶體結構、晶格和化學組成(隕石中的天然礦物,其中的鈉會被不少的鈣和鉀元素所取代)和我1978年論文所發表的新物質相比對,推論兩者應是相同的物質。

到了2000年,有一夥法國、德國和中國的科學家在Science期刊上發表了一篇論文,文中說他們在中國找到的隕石中,發現了一種新礦物,此礦物的晶體結構、晶格和化學組成都和我1978年論文中所發表的新物質相同,而且這是世界上的首次發現。他們也忽略了那位日本教授於1990年發表的那篇日文摘要(英文的全文後又於1994年發表),否則他們不會是首次發現。事實上,同年還有另兩位日本科學家在另一種隕石(圖一中的泰能隕石)中,也發現了這新礦物。接著,2000年以後各國的科學家在各種隕石中,陸陸續續都發現了這種新礦物。

2003年初,德國科學家戈爾西(El Gorsey)徵得我同意後並告訴我,他要請論文的第一作者(法國科學家)向國際礦物協會申請以我的名字來命名這新礦物。那時國際礦物協會規定首先在自然界發現新礦物的人,才有資格申請命名新礦物。若是用人名的話,不能用發現者自己的姓名,且必須徵得被命名人同意。事情過了一年左右,同樣在2000年發現此新礦物的日本科學家,也來徵詢我是否同意命名的事,我只好把德國科學家已徵得我同意的事告之。這時大家也發現了那位法國科學家並沒有採取任何申請的作業。2004年中,戈爾西決定自己正式向國際礦物協會申請以我的名字,命名這種新礦物為玲根石。

鈉鋁矽酸鹽類間的關係
地球表面一共存在著4種鈉鋁矽酸鹽礦物,除了前面已經提到過的鈉長石、翡翠和玲根石之外,還有一種比較少見的霞石(nepheline)。在這些礦物中,眾所週知,只有翡翠最為中國人情有獨鍾。但在喜愛之餘,很少人知道翡翠、玲根石、鑽石等都是高壓礦物,它們在地球表面並不穩定。而所謂的「不穩定」是指這些物質,在常壓下若加溫到攝氏800~1000度左右,在很短的時間內,就會回復到它們應有的穩定物質,而翡翠、玲根石、鑽石等都不復存在。翡翠會燒成為鈉長石和霞石,鑽石極有可能連影子都找不到了,因為空氣中含有相當多的......【更多內容請閱讀科學月刊第583期】

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