科普||寶石的七大晶系

說起晶系，首先要從晶體的概念開始。

人們也是在漫長的探索中，逐步的對晶體有了非常全面的認識，最初，人們在認識上還要一定局限性，但是發現水晶能夠原石的形狀非常的規則，因此將形狀規則的水晶稱為晶體。

水晶晶體

但是，事實並不是如此，人們陸陸續續的發現，能夠形成規則的幾何多面體的不僅僅是水晶，很多礦物都具有這樣的性質，比如說鑽石、海藍寶石、尖晶石等等。此時，人們將晶體的概念進一步的擴大，認為那些能夠自發的形成幾何多面體的形態的礦物就是晶體。

礦物晶體

事實上好像也並非如此，很多礦物雖然能夠在一定條件下自發的形成幾何多面體的形態，但並不總是如此，比如說石英巖，它是由非常細小的石英組成的，水晶也是石英，它是晶體，為什麼組成石英巖的石英顆粒卻不是晶體呢？再比如自然金，其形態是不規則的，我們見到的翡翠，其形態也是不規則的，所以那到底什麼是晶體呢？

全球最長的自然金

隨著科學技術的發展，X射線引入到了礦物的研究中，1912年德國物理學家勞埃第一次用X射線研究了晶體的本質，研究過程發現，礦物都有一個非常重要的共性，那就是內部的質點排列是非常規則的，在三維空間內是周期重複排列的，如果將這些質點按照一定的規律挑選出來，可以形成一個又一個的小格子，我們稱這種規則的排列為格子構造，所以，晶體的正確定義是：內部質點在三維空間內周期性重複排列構成的固體物質；或者說晶體是具有格子構造的固體。同樣可以理解為，晶體是由這些格子構造在三維空間內無縫隙的堆積起來的。

與之對應，沒有規則格子構造的固態物質就是非晶體，典型的就是我們常見的石英玻璃了。

晶體與非晶體之間是能夠互相轉化的，晶體有一個非常重要的概念，那就是最小內能性和穩定性，也就說是晶體相對於同成分的氣體、液體和非晶體，其內能是最小的，性質是最穩定的，所以氣體、液體和非晶體會自發的向晶體轉化，如果時間足夠長，會轉化成為晶體。我們將該過程稱之為「晶化」或者做「脫玻化」。

日常生活中最簡單的例子，就是新買的玻璃會非常的明亮，但是時間久了之後就會發現玻璃沒有原來那麼透亮了，除了磨損之外，一個重要的原因就是玻璃會發生晶化作用。

自然界中最常見的例子就是巖漿噴發之後形成的巖漿巖，在漫長的地質年代過程中，逐漸的脫玻化。

非晶體會自發的向晶體轉化，但是，晶體向非晶體轉化的時候，是需要外界能量的，該過程被稱為「非晶化」，寶石中最常見的例子就是鋯石（化學式為ZrSiO4,屬四方晶系的島狀矽酸鹽礦物。）。鋯石中含有放射性元素U，U在逐漸衰變的過程中，鋯石由晶體逐漸轉變為非晶體。

鋯石原石

有了晶體基本概念，接下來就要說寶石晶體觀察的幾個方面：結晶習性、晶形、表面形貌、晶體的分類與晶系。

1、結晶習性

結晶習性是指寶石礦物晶體在一定的外界條件下總是趨向於形成某一種形態的特性，主要由晶體的化學成分和晶體結構所決定，同時與晶體形成時的外界條件（如溫度、壓力、濃度、黏度及雜質等）密切相關。它包括兩方面的含義：一是同種晶體所習見的單形：例如尖晶石常呈八面體，石榴石常呈菱形十二面體、四角三八面體或兩者聚形。晶體習性的另一含義是其在三維空間延伸的比例：

1）三向等長：在三維空間的發育程度基本相同，呈粒狀或等軸狀，如鑽石、尖晶石、石榴石、螢石等。

鑽石晶體

2）二向延長：在三維空間中有二個方向特別發育，另一方向發育較差，呈板狀、片狀、葉片狀等。

板狀海藍寶石與雲母礦共生

3）一向伸長：在三維空間只有一個方向特別發育，呈柱狀、針狀或毛髮狀等。如碧璽、角閃石、輝石等。

2、晶形

與晶體結構對稱性有關、且發育相同的一組或幾組晶面，統稱為晶形。晶形可分為單形和聚形、開形和閉形。

（1）單形和聚形

單形是由對稱要素聯繫起來的一組晶面的總和，同一單形的晶面同形等大。從幾何形態上看，晶體共有47種單形。

聚形是由兩個或兩個以上的單形聚合而成的。只有屬於同一對稱型的單形才能聚合。

（2）開形和閉形

開形：凡是單形的晶面不能封閉一定的空間者，如平行雙面和各種柱：四方柱、六方柱等。

閉形：凡是其晶面可以封閉一定空間者。如各種雙錐、等軸晶系的全部單形等（。

3、晶體表面微形貌

實際晶體生長時由於多種原因會在表面形成各種花紋（微形貌），包括晶麵條紋、生長層、螺旋紋、生長丘和蝕像等。這些晶體表明的微形貌有些肉眼可見，有些需要通過放大鏡、顯微鏡觀察，甚至需要使用掃描電子顯微鏡、微分相襯顯微鏡才能觀察到。

（1）晶麵條紋

又稱生長紋或聚形紋，是晶面上一系列所謂的鄰接面構成的直線條紋，是晶體在生長過程中兩種單形相互交替生長留下的痕跡。

碧璽晶體表面的縱紋

（2）生長層

是指晶面上一系列平行的堆疊層。這是晶體按層生長理論在生長過程中晶面平行向外推移，形成像地形等高線一樣的花紋。

（3）螺旋紋和生長丘

螺旋紋是指晶面上由於螺旋生長所留下的螺旋狀線紋。生長丘是指在晶面上稍微凸起的丘狀體。

生長丘與生長層

4、蝕像

蝕像是指晶體形成後，晶面因受溶蝕而形成的凹坑（溶蝕坑）。它受晶體內部質點的排列方式控制，故有一定的形狀和方向。蝕像不但可以用來鑑定寶石礦物，還有助於識別單形、對稱性和左、右形。綠柱石的主要單形有六方柱、六方雙錐及平行雙面（也叫軸面單形），不同單形上的蝕像不同。

綠柱石晶體的結晶習性

4、晶體的分類

晶體的分類是根據晶體的對稱性特點來進行劃分的。

（一）晶體的對稱性及對稱要素

對稱是指物體相同部分有規律的重複。不同的寶石礦物由於其內部格子構造不同，因而具有不同的對稱性。晶體的對稱要素就是使晶體上相同區域規律重複操作所憑藉的幾何要素（點、線、面）。它包括對稱面、對稱軸、對稱中心等。

（二）晶體的分類

根據晶體對稱性的特點，可以把晶體劃分為七大晶系。再根據晶體是否有高次對稱軸把七大晶系歸納為低、中、高級三個晶族。

（三）晶體的定向

為了表示晶體的空間方位，人為的在晶體中選出三根（或四根）坐標軸和確定坐標軸上的軸長，這就是晶體定向，選定的坐標軸就是晶軸。

 目前我們所知的晶體形態超過四萬種，但是它們都是按七種結晶模式發育生長，即七大晶系。

1、等軸晶系

也稱立方晶系。該晶系有三個等長且相互垂直的結晶軸。常見的單形為八面體、立方體、菱形十二面體、五角三八面體、四角三八面體，代表性寶石有：鑽石、尖晶石、石榴石、螢石等。

螢石（立方八面體）

2、四方晶系

四方晶系有三個相互垂直的結晶軸，如果沿著Z軸旋轉90度即可以使X、Y軸重合。常見的單形為四方柱和四方雙錐，四方柱狀或針狀，代表性的寶石有：鋯石、金紅石、方柱石、錫石、符山石、魚眼石等。

3、六方晶系

六方晶系有4個結晶軸，3個水平軸（a、b、d軸）相等、彼此以120°相交，與縱軸不等。常見的單形為六方柱、六方雙錐，代表性的寶石有：海藍寶石、祖母綠、磷灰石、塔菲石、藍錐礦等。

4、三方晶系

三方晶系又稱三角晶系，與六方晶系的晶體定向及晶體常數的特點相同，但對稱程度低。該晶系唯一的高次軸為三次對稱軸。常見的單形為三方柱、三方雙錐、菱面體和六方柱等。代表性的寶石有：紅寶石、藍寶石、水晶、碧璽、方解石、菱鋅礦、菱錳礦、白雲石等。

剛玉（紅寶石、藍寶石）屬於三方晶系，晶形常呈完好的六方柱狀或桶裝，柱面上常發育斜條紋或橫紋，底面常見裂裡面。

水晶也屬於三方晶系，常呈六稜柱狀晶體，柱面橫紋發育，可多條長柱體連結在一塊，通稱晶簇。水晶的晶形：六方柱+兩組菱面體，一端止於菱面體，另一端止於不規則斷裂。同是三方晶系，水晶的菱面體更發育。

5、斜方晶系

斜方晶系有3個相互垂直但不相等的結晶軸，屬於正交晶系。常見的單形為斜方柱和斜方雙錐，代表性的寶石有：金綠寶石、託帕石、橄欖石、紅柱石、夕線石、坦桑石、堇青石、柱晶石、賽黃晶、硼鋁鎂石等。

6、單斜晶系

單斜晶系有3個互不相等的結晶軸，b軸垂直於a軸和c軸，a軸斜交於包含c軸和b軸的平面。單斜晶系的晶體橫截面與斜方晶系相似。但晶體頂端的晶面是斜的。常見的單形為斜方柱和平行雙面，代表性的寶石有：鋰輝石、透輝石、榍石、綠簾石等。翡翠、軟玉、孔雀石等玉石的主要組成礦物分別是硬玉、透閃石、孔雀石等，它們也屬於單斜晶系。

7、三斜晶系

三斜晶系的「三斜」，指的是三根晶軸的交角都不是九十度直角，它們所指向的三對晶面全是鈍角和銳角角構成的平行四邊形（菱形），相互間沒有垂直交角。作個形象比喻：把一個磚頭形的長方塊朝著一個角的方向斜推壓，形成一個全是菱形面的立方體，這就是三斜晶系的模型。三斜晶系的晶體給人的感覺多是「擰、扁、歪、斜」的，有些板狀晶體被喻為「刀片狀」。

三斜晶系有3個互不相等且相互斜交的結晶軸，只有一個對稱中心。代表性的寶石有：薔薇輝石、天河石、拉長石、日光石、藍晶石等。

如何肉眼區別同一個晶系寶石晶體的種類?

首先我們要熟悉常見寶石的晶系和常見晶形，在鑑定晶形相對完整的寶石晶體時，先找出它的對稱特點，確定所屬晶系，然後根據這個晶系中寶石的晶體生長習性，晶體所具有的特徵的表面花紋等來確定寶石種類。當然如果晶形不夠完整難以確定，或者沒有特殊的表面花紋時，也只能通過儀器進行測定了。

本文節參考《有色寶石學教程》、《系統寶石學》，經整理。