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宝石学的上下五千年 — 何去何从？宝石学现在和未来的趋势和挑战

         

 

前言：

本文是李柯涵女士（Mrs Kehan Li）于2008年翻译的 英国宝石学会（Gem-A）于2008年9月19日在香港举办的题为“第一次赫伯特.史密斯宝石学研讨会”上的演讲。研讨会包括了两个部分：

1. 宝石学的上下五千年, 由Dr. Jack Ogden演讲

2. 何去何从？宝石学现在和未来的趋势和挑战, 由Dr. Michael krzemnicki演讲

2008年是英国宝石学会在世界范围内庆祝宝石学教育诞辰一百周年，此文是献给百年来和今后在宝石学的教育和研究领域中尽心尽力的人们。

 

宝石学的上下五千年

直到十九世纪初期, “宝石学”这一名词才第一次在英语语言中出现。约翰.平克顿（John Pinkerton） 在1811年出版的一书<<岩石学>>中, 首次使用了 “宝石学”这一概念。但是平克顿本人却是恶名昭著。他被指责为是种族主义者, 参与作伪证和欺侮他人。当然,宝石远在平克顿之前就已经出现。实际上, 公元二世纪的一份印度文献咯玛佛经（Karma Sutra）表明, 那时的年轻人已经开始学习宝石, 而且人们对它的重视远胜于其它技能。

在远古时代, 人们就已经开始重视和佩戴宝石,并且进行交易。比如在石器时代的西欧, 人们就已经戴上了由绿色矿物磷铝石做成的美丽珠子和挂件。 从理论上讲, 可作宝石材料的选择取决于打磨技术的可能性, 通常用沙子和燧石可以切割和打磨摩氏硬度指数低于或等于7的矿物，而沙子和燧石几乎是随处可见的。

那时，从事宝石交易者只具有限的宝石方面的知识，人们主要通过颜色来判断宝石的价值。在当把宝石和金银一起制作为首饰时, 同种颜色的宝石被用在一起，以突出其整块颜色的效益。 所以, 虽然青金岩在古埃及非常珍贵 - 早在公元前3000年就通过贸易流入那里, 人们却在法老王Tutankhamen ( 大约去世于公元前1340年 ) 的陪葬品中发现了大量的几乎和青金岩一样多的深蓝色玻璃。只有相同颜色的宝石在价格上有很大差别时, 人们才会想去区分它们。问题是，我们对古代如何评定宝石价格知之甚少。

在西方, 直到当亚历山大征服了波斯帝国后, 事情开始有了变化。贸易被打开了, 象珍珠、祖母绿、和石榴石这样的宝石材料开始在欧洲珠宝首饰中出现。

我们也是从亚历山大时代 (公元前330年左右) 开始才逐渐找到古代关于对宝石的科学认识。我们至今不太清楚这些认识有多少是源自于希腊人的好奇心和热情。比如古希腊学者Theophrastus就首次提到了碧玺的热电性现象。我们也无法确定希腊人手头里关于宝石的知识究竟有多少是从古埃及和波斯人那里得到的。但可以肯定的是那时已经有了对于宝石的科学研究, 且在不断扩展。当时的罗马学者老普林尼（Pliny the Elder, 逝于公元79年）撰写了大量的宝石方面的文字,并在很多方面为后人的研究确立了标准。比如, 他发现了晶体形状的重要性，他是现代结晶学的先驱, 他描述了钻石的高硬度和橄榄石的相对低硬度，还解释了如何辨别天然宝石与它们的玻璃仿制品。

这是一枚罗马后期的戒指，镶嵌的是作为钻石仿制品的水晶

在公元4世纪到5世纪,随着罗马帝国的衰落,西方关于宝石的研究也仅仅停留在对老普林尼或其它罗马人研究成果的断章取义上。但是, 到了公元7世纪, 随着伊斯兰的崛起, 阿拉伯科学家在希腊, 罗马等其它古代文献的基础上开始研究宝石。我们在这一时代的阿拉伯学者的著作中找到了最早对宝石物理和光学特性的观察和解释。阿拉伯学者研究了诸如折射规律, 散射, 和比重等。Al-Biruni精确地列出了多种宝石的比重。Ibn al-Haytham (公元11世纪) 在他的著作<光学>> 里, 首次描述了放大倍率 - 这一宝石学研究领域的重要部分。

到了12世纪, 欧洲和阿拉伯世界之间的接触以及和东方的宝石贸易开始逐渐增多，同时关于宝石的科学研究开始复苏。一些阿拉伯文献被翻译成拉丁文, 比如Ibn Al-Haytham的著作<<光学>>。 这导致了在短短几代人的时间后, 欧洲就有了关于放大镜和平光镜的描述, 并且在随后的画作中不断地有它们出现。

 图2：这张公元18世纪前的漫画表现了当时在珠宝行业使用放大镜是非常罕见的事

远东和印度的学者也同时在研究宝石的科学特征，他们有关于宝石硬度和颜色的描述。一位14世纪时期的印度学者Pheru, 解释一个优秀的宝石学家应该 “精通理论和实践, 并且富有经验”。 然而,  “那些出于傲慢或贪婪, 从而给次品定高价或给上品定低价的人，会受人蔑视”。

随着15、16世纪，世界范围内的一系列的政治变化, 包括: 成吉思汗的远征, 阿拉伯人征服了北印度, 欧洲人发现了美洲大陆，以及欧洲人开通了到印度洋和东方的海上航道。这些都导致了知识迅速地在全世界范围内被融合、吸收和传播。

在17世纪的欧洲, 牛顿描述了折射和双折射现象。培根则希望能够发展显微镜, 从而可以来观察“宝石的不规律性”。然而这只是科学家的想法。那些买卖宝石的人依然只相信自己或商人的经验。几乎没有证据表明他们很在乎科学。在宝石颜色方面的经验，当然是必需的, 但是当需要做进一步检测时, 硬度则是一个决定因素。如此根据硬度，可以把黄色的蓝宝石从相对低廉的黄色托帕石中区分出来。硬度也是对钻石常用的一项检测。

科学家出于科学而对宝石学感兴趣。珠宝商和交易商则只关心宝石所带来的利润。由于黄色蓝宝石和黄色托帕石价格差异悬殊, 区分它们才会变得如此重要。反之, 由于浅色的红宝石和粉色的托帕石价格差异不多, 区分它们便变得没有必要。从18世纪到19世纪, 人们发现了新的宝石矿源, 市场出现了更逼真的宝石仿制品, 同时有更多的中产阶层希望购买珠宝，这样即使是富有经验的珠宝商也有可能对仿制品出错。正如John Mawe (1764-1829) 所提到: “只有通过仔细地检测比较宝石，才可以确定其真伪，应单独地计算每颗宝石的价值。大批的样品被放在一起检查，只凭兴趣和熟悉来判断，错误率实在令人难以置信。不只是因为一种宝石样品被卖成了其它，如碧玺被卖成了祖母绿，石榴石被卖成了红宝石，海蓝宝石被卖成了托帕石；在走街串巷的宝石商所售产品中，二层石，玻璃仿制品与天然宝石会被混在一起，它们在成批的天然宝石交易中，时常会被忽略。”

幸运的是,仪器设备也在不断改进并被广为使用, 如显微镜、折射仪和分光镜。在1834年, David Brewster撰写了最早的通过显微镜来观察宝石内部特征的文章。并且Brewster 解释了将宝石浸在液体中，用显微镜观察的好处。此外, 还出现了小巧而实用的二色镜。著名的宝石学家Max Bauer就曾经说过:“凡是买卖宝石的人，都应人手一台”。

 

图3：Herbert Smith 折射仪，产于1905年，这台仪器使折射仪对宝石业来说更加附有价值。

到20世纪初期,出现了关于宝石学的标准教材, 包括: Max Bauer的<<珍贵的石头>>和 Herbert Smith的<<宝石>>。这一时候还出现了更加先进而相对便宜的新仪器, 如 Herbert Smith 在1905年发明的小型折射仪。此外, 人造红宝石和日本的养殖珍珠也对宝石市场构成了新的 “威胁”。当时的英国珠宝零售商展开讨论, 研究如何增加宝石贸易中所需要的知识以及如何处理人造红宝石问题。最后大家只得出了一个答案: 宝石培训课程和资格认证。在达成共识后, 大家就需要找一个 “科学的”的宝石学家来提供建议，当时最好的人选莫过于时任英国自然历史博物馆馆长的Herbert Smith。 1908年, 英国国家珠宝商协会 (NAG) 召开了会议, 决定成立一个宝石学委员会, 专门开发宝石学课程和资格认证，这宝石学委员会最终演变为现今的英国宝石学会 (Gem-A), 而资格认证则演变成了现在的宝石学证书。 从1931年开始, 宝石学证书的持有者便有资格入选为英国宝石学会的注册宝石鉴定师（FGA）。

 

 

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何去何从？宝石学现在和未来的趋势和挑战

 

美丽的宝石从原始时期始，就对人类有着巨大的吸引力，考古发现在所有的早期文明中，珠宝首饰占有着重要的角色。不仅是因为它的美丽，而且被作为权力和社会地位的标志，作为连接神话和信仰的纽带。

 

虽然我们现在的生活情况与早期时代相比已发生了巨大的改变，但是令我们惊讶的是，对于人们为何会穿戴珠宝首饰，以及如何运用它，甚至其珠宝首饰的设计形式在这漫长的历史过程中没有改变。

 

我以此为这篇文章的开始，展望宝石学研究的未来，特别是今后的发展趋势，这对于我们宝石学研究者来说 是一挑战。

 

图1 ：我们在这个水晶球内看到了未来吗？@ H.A. Hanni, SSEF

 

宝石：对宝石学家有挑战意义的工作可归纳为三个主要领域，

一）确定宝石的产出地，

二）检测宝石是否经过了优化处理

三）鉴定人工合成宝石

 

一）宝石产出地的确定：

在非洲总会有新的东西出现‘Pliny the Elder, 23ad – 79 ad’

每一颗宝石都有其产出地。一颗非常漂亮的宝石，当人们看到它时， 总是会问‘它是什么？是哪里产的？’这使对原产地的检测成为宝石检测室为珠宝行业提供的一个高度专业化的项目。宝石属于矿物材料， 在原生矿床和次生矿床中产出，而一个矿床的开采期限是有限的。当它被挖掘空，不再产出宝石时，就自然会被抛弃。这种情况发生于过去的许多著名矿床（例如Kashmir 蓝宝石，Kunene锰铝榴石），也必将会发生在目前还处于高产量的矿床。但是，随着新矿藏的发现（例如莫桑比克含铜的碧玺，坦桑尼亚Winza地区的红宝石）未来看来并不可怕，而是在向繁荣的方向发展。

 

图2 ：坦桑尼亚Winza地区的高品质的未经处理的红宝石（ 11克拉）@H. A. Hanni, SSEF 2008

 

随着新矿床的发现，使得对宝石原产地的鉴定变得更加复杂。当60年代，Edward Gubelin 将产出地的鉴定作为一个新的检测项目时，刚玉还主要来源于几个老矿床。随着新的大型矿床的发掘，情况变得尖锐，特别是在90年代，当发掘了东非和马达加斯加的大型矿床后，对产出地的鉴定从未、也将永远不会成为容易的课题。它要求宝石鉴定师具有丰富的经验，和经过严格训练的专业水平。今后，对于想要对产出地进行研究的宝石学家，还需要学习宝石矿床的地质学成因方面的知识。我们希望未来的宝石学家都将具有广泛的、科学性的地质学和矿物学基础。另外，对宝石研究者来说，考察矿址与了解其地质学背景， 不断收集新矿床标本是必不可少的。

 

图3 ：Dr. Michael S. Krzemnicki等宝石学家访问Chanthaburi (Thailand) 附近的蓝宝石矿床。©A.Bosshard, 2007

 

产出地的鉴定是对观察（如显微镜，紫外反应）、测量(如RI，SG）和分析(如LIBS, LA-ICPMS)的综合，通过鉴定，可使我们能够更加深入地了解宝石属性。我深信，对宝石内部包裹体的观察，例如包裹体的存在形式和分布，将成为未来鉴定宝石原产地最有用的资料。它将胜于对化学成分和光谱的分析。今后，质谱分析的化学指纹图谱，荧光光谱，和使用放射性同位素测定宝石或包裹体的年龄，同样会扩大鉴定的可能性。

 

图4 ：Kashmir蓝宝石中的白色近圆形薄片包裹体（左）与Madagascar蓝宝石中的明显的特征性菱形薄片包裹体（右）比较 。形状上的细微差别可能会成为对鉴定宝石产地的有力指标。 ©H.A.Hanni, SSEF

总结：原产地的确定对宝石业来说将是非常重要的，对未来的宝石学家将会是个严峻的挑战。像克什米尔(Kashmir)，缅甸，斯里兰卡的刚玉，哥伦比亚的祖母绿，巴西的帕拉 (Paraiba) 电气石，这些老矿床因“原产地品牌”的效益将会继续溢价。而是否会出现新的重要的宝石产出地，是市场营销的问题。

二）宝石的处理：

“一切可能的都将会被做到”

 

目前宝石的优化处理正在大规模地进行。从经济角度讲，它对满足高额量的市场需求是非常重要的，这在未来不会改变。然而，问题在于要向消费者揭示所作的处理（请参考国际珠宝首饰联合会蓝皮书，www.cibjo.org ） 。这类似于其它的行业，如食物（比如它是天然成长的绿色食品还是使用化学添加剂大规模生产的食品），有心的消费者想知道他买的是什么。有人以价格的差异作为区别这些产品的标志，消费者可根据价位的不同选择他应该买什么。如果珠宝行业，特别是在市场上有影响的商家如果没有对所出售的经处理的宝石进行说明，那么整个珠宝行业将面临丧失消费者信任的严重危机。

经过铍扩散处理的刚玉是一个典型的例子，因为在此类产品最初投放市场的时候没有对此处理进行揭示，后来当被发现时震惊了整个珠宝市场。而揭示这种处理只有可能在高度专业性的宝石学检测室中进行，因为它需要具备价格昂贵的高科技仪器，例如激光光谱仪（LIBS和 LA-ICPMS）。

未来将出现更多的宝石处理方法：简单和便宜的处理方法用于廉价宝石，如铅玻璃充填低质量的红宝石，但也有高度精密的处理方法被用于昂贵的宝石，如高温高压处理方法和对钻石使用的多种处理方法。

 

图5 ：上：Ia型的钻石（第一列）和经高温高压处理后的钻石（中行和底行） 。

 下：高温高压处理之前和之后的光致发光光谱。© H.A. Hänni and J.P. Chalain, SSEF

 

涂层处理技术在过去的几年里曾经发展很快， 它将对宝石界有重要影响。对宝石检测室来说，未来有两大趋势，一是利用高科技仪器，尽可能做揭示处理方面的检测。而另一方面对其它大多数的宝石检测室来说则将会着力于未经任何处理的宝石或者标明宝石是否有处理的痕迹。比如说对于一个经过热处理的刚玉，如果想检测出是否进行了扩散处理和使用了何种添加剂，用一般的宝石学仪器，是不能找到答案的。

三）合成宝石和仿制品：

每一种产品都有其市场， 合成宝石也是这样。特别是经CVD方法生产的钻石，会对未来市场有很大冲击，因为它使小颗粒的合成钻石的生产变得快速而便宜。

正象优化处理的宝石，对于合成宝石，主要问题在于揭示其合成的本质。另外的一个问题是合成宝石或许会与天然宝石混在一起使用，制成首饰。而鉴定合成宝石并不是件容易的事， 如果没有精密高端的仪器，是不可能的。

图6 ：被用于名牌手表和珠宝首饰的小粒钻石， 它们是人工合成钻石？处理过的钻石？它们会是钻石仿制品与天然钻石混在一起的吗？ SSEF@ H.A. Hanni, SSEF

合成宝石缺乏人们对天然宝石所追求的自然成因，尽管它们在化学成分、晶体结构和物理性质方面与天然宝石相同。为了赋予合成宝石一些‘人文’的追求，一些商家开始以‘个人风格’出售他们的产品，在某些情况下，可能包括将DNA （如头发）作为包裹体制入宝石。有些商家出售合成钻石， 声称是用死去人的骨灰或者某人头发的碳元素合成的，这是否是真的，据知迄今尚未被某个宝石检测室证明过。但是我们曾从网络上看到这样的话：‘时时配戴这枚戒指，对我来说是莫大的精神鼓励， 当我看到钻石的闪烁，我觉得Bob在对我微笑。’的确合成钻石同样会受到某些人的热爱。

 

仿制品（和模拟品）是产品，它们是用于宝石的廉价替代品，其目的不是用于欺骗消费者， 所以关键在于要向消费者讲明仿制品的本质。对于有经验的宝石学专业人员，看到仿制品时，不会认为仿制品对他是种威胁，反而会觉得有趣；但是对于零售商或者消费者来说，仿制品会具非常大的欺骗性，以导致购买者财务上的损失。

 图7 ：仿制切割成钻石原石晶体的托帕石，被当作毛匹钻石卖给游客和零售商。

© SSEF ， 2008

我们非常焦虑地看到，学识如何被滥用来故意蒙骗高端消费者，特别是在匿名的互联网市场和电视商场中，几乎没有对低质量的宝石实行任何管制，人工合成宝石和仿制品经常被在没有注明的情况下卖掉。一些国际政策机构，例如国际珠宝首饰联合会（CIBJO）应该为宝石和首饰这些新的商贸渠道制定贸易规则，我们认为这比以往任何时候更重要。

宝石检测室：

最后，我想说明一下未来的宝石检测室在检测宝石方面的一些想法。正如我们上文所述，揭示宝石的产出地，优化处理，或者人工合成，在未来将变得更加困难。因此宝石学与它在过去的几年里相比已经成为，或者说更加成为一门科学化的学科。

 

宝石学是作为一门实际应用矿物学开始的，它将更广泛地向物理，化学，材料科学，生物学和地质学方面扩展。一些实验室，如瑞士宝石研究所 (SSEF) 为了站在宝石学研究领域的前列，投入了大量的科学和财政资源。他们为了正确地鉴定和检测宝石，不断开发新的检测仪器和发展新的鉴定方法，珠宝企业从他们的发明中得到了利益。例如SSEF 钻石检测仪（Diamond Spotter），一个易于分离I型钻石与II型钻石（或许是经高温高压处理过的）的小型仪器。

图8 ： SSEF 钻石检测仪（ Diamond Spotter）- 原型2001， 在屏幕上呈现绿色反光。正在进行测试的这颗无色钻石是II型钻石，需要进一步被测试是否是经高温高压处理的钻石。 ©H.A. Hanni, SSEF

 

缩小高科技仪器的占有空间是发展新科技的方向，体积小型的仪器在宝石鉴定中的用途无疑是极为广泛的（例如LIBS），我们今后将看到尽量缩小仪器体积的设计趋势，如SSEF最近开发的小型便携式紫外-可见光谱仪。

图9 ：便携式紫外可见光谱仪，SSEF瑞士宝石学研究所研制。这台仪器使用了小型分光计，只要被插入笔记本电脑就可使用。 ©M.S. Krzemnicki ， SSEF 2008

总结：对未来的展望

“在这些问题上，唯一可以确定的是，没有一件事是可定的” Pliny the Elder, 23 ad -7 9ad

概括地讲，一些著名的宝石检测室将成为“品牌” ，从市场角度讲，‘品牌’的效益更有助于树立消费者的信心。如英国宝石学会（Gem-A）是具有100年历史的高品质的世界宝石学教育领域中的名牌。除了少数可集所有功能于一体的宝石检测室，我们将看到越来越多的专项检测室，其中许多会利用国际公认的钻石或其它宝石分级标准，专门做宝石分级。我们知道，基于明确标准化的钻石分级，是可以在相当廉价和快速的流水线式的工作形式下完成的。而复杂的宝石检测项目，如彩色钻石，需要说明颜色是否是天然成因；或者未经处理的红宝石，需要表明原产地；处理过的蓝宝石， 需要揭示处理方法等。我深信，宝石行业不得不接受这一事实，即：此类工作，如果不具备高水平的专业知识和高度专业化的检测仪器，是根本无法进行的，对于这些项目的检测报告也不可能是只付几个美元就能够获得的。