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色と光

宝石はなぜきらきら光るの?

まぶしく辉くダイヤモンド、海のような深い色のエメラルド…宝石には谁もがとりこになる美しさがあります。宝石は普通の石とはどこが违うのでしょうか?その辉きのひみつはどこにあるのでしょうか。

宝石はなぜきらきら光るの?

宝石とは?

宝石は石(岩石)の仲间です。详しくいうと、岩石を作っているさまざまな种类の粒=鉱物の一种なのです。でも宝石は科学で决まった言叶ではなく、鉱物の中で色や辉きが美しくまた贵重なものを、人间が选んで「宝石」と呼んでいます。このため人间が作った基準によって、种类も外见もさまざまな宝石があります。

宝石は、地下深くで诞生します。地下のところどころは、高い温度と圧力によって岩石がどろどろにとけて「マグマ」(マグマの集まった场所が「マグマだまり」)になっています。マグマは冷えて固まると岩石になりますが、固まるときに特定の成分がにじみ出て集まったものが、冷えて宝石になるのです。マグマの成分や温度と圧力の条件などによって、できる宝石の种类が违い、一般にダイヤモンドなどの特にかたい宝石は、地下の非常に深いところでできるとされています。

宝石が生まれる场所

宝石が生まれる场所

辉きのひみつは屈折率

宝石の中には、光を通さないけれど光沢などが美しいものもありますが、多くは「光をよく通し内部で反射して辉く」あるいは「色合いが独特で美しい」という特徴があります。硬くて丈夫で変化しにくく长时间にわたって価値が変わらないという特徴もありますが、やはり宝石の魅力はなんといっても辉きでしょう。

辉きのひみつのひとつは、「屈折率」です。水やガラスなど透明なもの(物质)に光が射し込むと、道すじが折れ曲がる屈折という现象が起きます。このときに、光を屈折させる强さを示したのが屈折率です。光が物质に対して斜めにさし込んだとき、空気と水など2つの物质の屈折率の差が大きいほど、より大きく曲がるのです。例えば水の屈折率は约1.3、ガラスは1.4~2.1ですが、ダイヤモンドは约2.4。天然の物质の中では圧倒的に高い屈折率を持っています。つまりダイヤモンドに周囲から光がさし込むと、他の物质より大きく曲がる…ということです。

屈折率が高い物质(左)と低い物质(右)の内部での反射のようす

屈折率が高い物质(左)と低い物质(右)の内部での反射のようす

また屈折率が高いと、物质の内部で反射が起きやすくなります。夕日や远くの景色が水面で反射して私たちに见えるように、光は浅い角度で物质に射し込むと反射します。屈折率が高い物质は、低い物质にくらべ大きな角度で差し込んだ光も反射するため、宝石の内部に射し込んだ光の多くが、屈折や反射をくり返してはね返り、眼にとどくのです。

もうひとつのひみつが光の「分散」です。光が屈折する角度は色ごとに差があります。青い光は大きく、赤い光は小さな角度で曲がります。そのため光が色の成分に分かれて见えるのが分散という现象です。それぞれの色の光が屈折する角度の差(分散の大きさ)は物质によって异なりますが、宝石の多くはこの分散が大きいため、反射して目に入る光が虹色に见えて色鲜やかな辉きになります。

宝石そのものの色は、宝石の分子构造(分子の结びつきかた)の违いや、含まれている成分のちがいなどによって生まれます。どの成分が含まれると何色…と厳密には言えませんが、酸化鉄やマンガンが含まれると赤、クロムやバナジウムは緑、鉄は青や紫などになる场合が多いとされています(同じ物质でも宝石の种类によって别の色になる场合があります)。

分散

分散

整えられた形の美しさ

アクセサリーなどに使われている宝石は、いずれも多面体の美しい形をしています。でも、地中からとれる宝石の原石(加工前の石のこと)の形は、あまり整っていません。美しい宝石の形は自然にできたのではなく、人类が长い时间をかけて宝石の性质を研究して、屈折や反射、分散などの効果がうまく重なり合い、より美しく见えるような形を精密に计算した结果なのです。その代表がダイヤモンドのブリリアントカットと呼ばれる58面体です。そして、美しく见せるには面の角度を正确にけずったり磨き上げる技术が重要です。光学レンズの研磨などと同じように、宝石の研磨は光を操る高度技术なのです。

トパーズの原石

トパーズの原石

水晶

水晶

ブリリアントカット

ブリリアントカット

身近にある宝石(?)を探そう

宝石のもうひとつの特徴は、粒が大きいということです。宝石として価値を持つものは、岩石をつくる鉱物としては大きな粒です。逆にいえば、ごく小さな粒は宝石としての価値はなくても、どこにでもある岩石の中に含まれているかもしれないのです。

身近にある岩石や砂浜の砂粒をルーペで観察してみましょう。さまざまな色や形の鉱物の粒が见えます。普通の岩石や砂には宝石と呼べるほど大きな粒はありませんが、宝石と同じ成分をもつ粒が见つかることもあります。

宝石も、そして鉱物も岩石も、ぜんぶ大地の一部で地球の赠りものです。もし探して宝石が见つからなくても、岩石を観察して地球の46亿年の活动を想像してみるのも楽しいですね。

砂粒の拡大写真

砂粒の拡大写真

偏光顕微镜で见た鉱物

偏光顕微镜で见た鉱物

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