矿物颜料那些事——熠熠金辉

来源:中科院半导体所发布时间:2022-10-0930浏览

本文授权转载自石头科普工作室

作者：扁舟

金

金（Aurum）是一种金属元素，元素符号是Au，原子序数是79。也许是冥冥之中自有天意，作为人类最早使用的金属之一，金在史前时期已经被认知及高度重视，毕竟有谁能不喜欢金光灿灿而且还不易改变性质的黄金呢。在那个物资匮乏的时代（好吧，虽然现在黄金也很稀缺），这种金属常常被用于权贵阶级的装饰及祭祀等重要仪式。古代的封禅书，以水和金粉为泥，用来封玉牒，在汉代应劭的《风俗通·正失·封泰山禅梁父》中有言：“剋石纪号，著己绩也。或曰：金泥银绳，印之以玺。”[1]

新石器时期，古人用植物汁液调和天然金粒，涂在石器表面，以作装饰，还可以显示主人地位，这应当是最早的泥金工艺了。

在前6世纪至前1世纪，黄金就已经开始以货币的形式使用。最早已知使用金作货币的地方为吕底亚。在前6世纪或前5世纪期间的中国，一种称为郢爰的金币已在楚国流通，“郢”为楚都城名，“爰”为货币重量单位，这是我国已知出土的最早金币。[2]

楚“郢爰”金币

除了作为货币使用，由于黄金良好的延展性和可塑性，工艺技术的提升也丰富了黄金的艺术属性。在雅典国立考古博物馆的迈锡尼文物陈列区中收藏着著名的“阿加曼农黄金面具”（Mask of Agam-emnon），其形象是在锡尼国王阿加曼农死后，依其面貌所制成的黄金面罩，是强盛一时的迈锡尼文明的最好明证。[3]

作为文明古国的我们，虽然与希腊相隔万里，但是在对黄金的利用上却是不谋而合。在2020年的三星堆遗址（三星堆遗址：年代上限距今4500±150年，大致延续至距今3000年左右，即从新石器时代晚期至相当中原夏、商时期，是我国古蜀国文化的重要遗址）祭祀区考古发掘队中，出土了令世人震惊的金面具、金权杖等一系列重要的金制文物，古蜀文明中对于金器的崇拜可见一斑。[4]

可以说，不管是古今还是中外，对黄金都爱的深沉且持久，用来形容钻石的“钻石恒久远，一颗永流传”也许用来形容黄金更加合适，以至于人们甚至想方设法地开发这种稀有的贵金属，甚至把它制成彩绘颜料，用以装饰瓷器、漆器等工艺品。

蓝地金彩瓷碗

桃之夭夭，灼灼其华。之子于归，宜其室家。婚嫁是中国古代作为四大喜事的头喜，在古代宁波地区，一类流光溢彩的嫁妆必不可少，它就是泥金彩漆。作为我国的第一批非遗，泥金彩漆涵盖了贴金饰彩，结合砂金、碾金、碾银、沥粉、描金、开金、撒云母、铺绿、铺蓝等多种手工艺技术，富丽堂皇，流光溢彩。[5]

宁波漆金木雕

那么金是如何形成的呢？

在我们把目光放在闪耀的金矿前，让我们先抬头望向那深邃无垠的太空吧，按照当前的研究，恒星中的核聚变（核融合）反应在“熔炼”原子核的过程中，会使其质子数增加，形成了原子序数更大的元素。

然而这一反应并不是无限的，恒星的核聚变反应可以一直持续到生成铁原子核。铁原子核是所有重元素中最稳定的，当恒星的质量足够大时，它就可以继续促使铁原子核发生核聚变，而当它促发铁原子核发生核聚变反应时，会同时产生超新星爆炸，在那一瞬间，它会绽放出生命最后最绚烂的华光。同时，铁心将不断捕获中子，产生原子序数比铁原子大的元素，以及周期表底部的各种重金属，还有令人垂涎的贵金属。[6]

但是，所有的金是不是就在其中生成了呢？答案还是不准确的，也许超新星爆发的确生成了一部分金，但是这并不能解释为什么宇宙中会有这么多比铁元素原子序数更大的元素。于是科学家们发现了宇宙中另一个鬼鬼祟祟的炼金术士“中子星”，或者说是“双中子星系统”。

当超新星发生爆炸时，恒星其内部的核心被强大的重力挤压，内部的质子和电子被迫熔合形成中子，从而将核心变成中子星。中子星是极其致密的天体，一勺子中子星物质的质量就可以达到上亿吨的水平。如果两颗中子星在宇宙中相遇，它们会在引力的作用下逐渐相互靠近，并最终合并到一起，引发中子星聚变，中子星合并的过程中，会产生大量金元素、银元素等原子序数较大的元素。

中子星聚变和超新星爆炸都能产生黄金，但是二者的“产量”完全不在一个数量级，如果说超新星爆炸能产生相当于月球大小的黄金，那么中子星聚变则能产生类似木星大小的黄金，比前者多出数万倍，堪称宇宙最强“炼金术士”！但是，超新星爆发和中子星聚变（两颗中子星的聚变需要两颗中子星的偶然碰撞，这种概率每一亿年才发生一次）这种天文现象在宇宙中本来就不多见，这就是为什么包括金元素在内的重金属元素在宇宙的含量特别低的原因，物依稀，因此就贵了。[7]

在领略完深空的魅力后，我们再俯视我们爱的深沉的大地吧。在45亿年前地球形成的初期，我们的大地还是一个大型的熔炉，宇宙中带有一些金属原素的小天体在它撞击地球的时候被熔化，其中的贵金属也被留在这口“熔炉”中，液态铁由于密度大而流向地心，形成地核，由于金的密度大，重的物质向地心集中，熔融的液态金便随之往地心下沉。

这就造成了原本在宇宙中就稀少，在地球上更少的金，在地壳内仅有1%左右，但在地核内的却占了地球上金元素总量的99%。而且各位就别想着挖穿地核开矿了，不提技术难度拉满，提取出来的金也具有很高的放射性，作为装饰品的话秀是挺秀的，但凉也会凉得很快。[8]

于是乎，人们就把眼光盯向了地壳中所剩无几的“1%”，好在我国是世界上黄金占有量前三的国家，不用苦兮兮的看着别人吃“葡萄”。从20 世纪70年代开始，我国逐步开展了针对金矿资源系统性的地质勘查，在地质科考大队数十年的科考活动下，我国的金矿分布与成因终于得到了较为系统的梳理。

结合我国金矿区位图与地质构造图，大家可以清晰的看出，我国金矿主要分布在地台和地槽的交界地带、地槽内部的隆起地带、切割较深的大断裂控制地带（往往是不同的二级大地构造单位的交界处），很明显金矿床的成因与地质构造活动密切相关。[9]

例如,最重要的金矿成矿带——鲁胶东成矿带。该带位于胶辽隆起之鲁东隆起区，区内广泛出露新太古界、元古宇基底变质岩系。区内岩浆构造活动频繁，太古宇变质岩系经历多期构造岩浆热事件作用后，形成混合花岗岩和壳源重熔型花岗岩，为胶东金成矿提供了矿源与热源，得天独厚的地质优势使得该区域一出生就站在终点线上，一举成为我国目前产量最大的黄金基地，当真就是“靠天赋吃饭”的典范。[10]

山东省主要构造格局与不同时期花岗岩类分布图

而鲁胶东成矿带，又处于华北地区，华北地区以华北陆块为主体，北部为天山-兴蒙造山系，南部-东南部为秦岭-大别-苏鲁造山系。总体处于古亚洲、特提斯和环太平洋三大构造体系交汇部位，地质演化历史悠久，岩浆活动频繁，具有优越的成矿地质条件，其内涵盖了华北、大兴安岭、秦岭-大别-苏鲁等重要成矿省。区内矿产资源丰富，建国以来已发现160余个矿种、15000余处矿产地，构成了多处重要的国家级矿产资源基地。[11]

华北地区成矿单元分布图

地与地之间的差距就是这么大，鲁胶东成矿带不仅是“出生自带天降异象”了，人家还妥妥的站在了巨人的肩膀上，如同天命所归那般，胶东地区又正处于环太平洋与古特提斯两大构造域的交接处。

中生代太平洋板块向欧亚板块的俯冲以及郯庐断裂频繁活动，使胶东地区发育一系列NE-NNE向（小贴士：NE-NNE为断层的走向，指的是断层在平面的展布方向，也就是断层在平面上的延伸方向，NE指的是北东方向，NNE指的是北北东方向，该方向介于北和北东方向（45度）之间，更偏北一些，是地质术语。）压扭性断裂。由于剧烈的壳幔与成岩成矿所产生的作用，胶东岩群内的金组分活化、迁移、富集，成为胶东地区金矿重要的矿源层。在挤压为主的构造应力作用下，地表隆起，花岗岩侵入，使成矿物质活化，从而在NE-NNE向构造成矿有利的部位形成金矿床。[12]