本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点。
一百年前，一艘船在穿越海洋的途中侧撞到冰山，泰坦尼克号的传奇由此诞生。说到传奇，詹姆斯·卡梅隆的电影如此宏大而戏剧化，以至于有些人认为这一定是完全虚构的。 但它是基于真实故事的，甚至包括海洋之心。
然而，真正的海洋之心并不是一颗蓝色钻石。它不是心形的。它从未被路易十六拥有过。它也不叫海洋之心，虽然它现在被称为“海洋之恋”。 不过，其中肯定包含一个爱情故事。更不用说，还有地质学。
这颗可爱而朴素的蓝宝石装饰着 19 岁的凯特·弗洛伦斯·菲利普斯的脖颈，她是一位来自英国伍斯特的店员，私奔到美国。亨利·塞缪尔·莫利，比她年长二十岁，是她工作过的其中一家店的老板，在他们一起开始新生活之前送给了她这条项链。他们以马歇尔夫妇的名义登船，拿着二等舱的票，却怀揣着头等舱的梦想。亨利已经安排好了他的妻子和孩子的生活。在旧金山，他和凯特将重新开始。人们可以想象她的脸庞，洋溢着幸福的光芒，象征着他们未来的项链在泰坦尼克号优雅的餐厅里用餐时，在她胸前闪闪发光。
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接着冰山来了，现实是救生艇太少，乐队演奏着，乘客们争先恐后地求生，妇女儿童优先。亨利死在了冰冷的北大西洋海域。凯特离开了那艘船，安全地乘坐凯尔特号返回英格兰。她身无长物，只有装有行李箱钥匙的钱包、身孕和她心爱的蓝宝石项链。
这就是那颗深蓝色椭圆形宝石的人文故事。我，作为一个地质学爱好者，被他们的爱情故事感动了，也被那条美丽的项链感动了。归根结底，蓝宝石是什么？它是如何形成的？它又是如何差点与可以说是历史上最著名的沉船事故一起沉入海底的呢？
“海洋之恋”甚至可能不是天然蓝宝石。合成蓝宝石的艺术和科学在 1902 年就出现了；十年后，当亨利·莫利为他的新欢购物，泰坦尼克号起航时，每年生产超过 7,000 磅（3,200 公斤）。 但让我们假设亨利是一个真正的浪漫主义者和绅士，他会更喜欢天然宝石。这样更符合地质学。
我想指出他购买的东西基本上是铝，这可能不太浪漫：氧化铝 (Al2O3)。它是氧化铝的晶体形式，这才是关键所在。这种结晶铝矿物被称为刚玉，人们已经自豪地佩戴它数千年了。它也是一种极好的工业磨料，透明的合成刚玉片被用来制造防弹“玻璃”。 刚玉实际上是第二硬的矿物：在莫氏硬度等级中为 9 级（如果我开一家餐厅，我会叫它莫氏餐厅）。 所以凯特佩戴了两种用于硬度等级的矿物：钻石的硬度为 10。现在你又有了一个新的鸡尾酒会谈资。相应地搭配饰品吧。
纯净状态下，刚玉几乎是透明的。像许多事物一样，杂质使其变得迷人。红宝石，深红色变种，其颜色来自微量的铬。帕德玛刚玉，一种相当迷人的粉橙色宝石，含有铬、铁和钒。蓝宝石，我们感兴趣的宝石，可以呈现从黄色到紫色到真正的蓝宝石蓝等多种颜色。蓝色是微量钛和铁的结果。但这不仅仅是微量元素的问题：也与化学有关。那种海洋蓝色是由一种叫做层间电荷转移的小东西引起的。我希望我能为您将其翻译成通俗易懂的英语，但我还没有学过足够的化学知识来做到这一点。它与电子有关。这意味着，虽然需要 1% 的铬才能使红宝石呈现红宝石红色，但只需要 0.01% 的钛和铁就能使蓝宝石呈现蓝宝石蓝色。很酷，是吧？
为了获得更完美的蓝色，蓝宝石可以进行热处理。甚至罗马人也这样做过。但是，那种深邃、深沉的蓝色中的最终“哦”是 OH，氢氧根。OH 强度较高的蓝宝石具有近乎 TARDIS 蓝色的色调。OH 较少意味着蓝宝石颜色较浅。例如，我自己的小蒙大拿蓝宝石可能 OH 含量较低，尽管我不认为它的“哇”度较低。是的，我有所偏爱。
以上都是简单的内容。正如艾米·庞德所说，“接下来就变得复杂了”。 因为仅仅知道化学成分以及蓝宝石为什么是蓝色（或紫色、黄色或透明）对我来说是不够的。不，我不得不去想，“那么，这些是如何形成的呢？” 我以为这会是一件轻松的事情。你知道，读几篇关于漂亮事物的论文，轻松浏览一下，就能准确地告诉你蓝宝石是如何开始和生长的。 到最后，我对地质词典的泛泛之交已经发展成亲密的友谊，我靠在它的肩膀上哭泣，并且我已经决定岩石学课程肯定会在我的未来。是的。它就是那么复杂。接下来是一个超级简化的版本。
蓝宝石形成的基本要求似乎是富含铝但贫硅的岩浆和围岩。您会在一些火山岩区以及变质岩（如片麻岩、云母片岩，有时是大理石）中发现蓝宝石。想象一下岩浆，那种热熔化的东西。我们从超基性和基性熔体开始，这基本上是岩浆的一种花哨说法，它们几乎不含二氧化硅，但含有大量的镁和铁。这种热岩石由于很热而上升。当它从地球地幔内部或附近上升时，它会遇到围岩——当地的岩石，它们已经很冷了，可能在那里存在了一段时间。其中一些围岩二氧化硅含量低，但铝含量很高。当它们被热物质侵入时，它们自身会融化一点并混合在一起。
现在，当岩浆在地下时，不同的矿物开始结晶出来。这是一个称为分异的过程。这是一个令人着迷的过程，我们将在未来某天深入探讨。目前，只需知道有些矿物比其他矿物先结晶出来就足够了。其中一些矿物很可能就是我们自己的刚玉，带有微量元素。创造蓝宝石的整个过程，从这些论文中“最有可能”和“可能”的大量出现来看，仍然相当模糊不清。但我们确实知道，我们在玄武岩熔岩区或其侵蚀遗迹、基性岩脉、花岗伟晶岩与贫硅围岩相互作用的地方、接触变质作用形成的岩石（基本上是岩浆将围岩烘烤成略有不同的东西）以及其他变质岩中发现了蓝宝石。 因此我们知道，需要高铝含量、低二氧化硅、大量热量、混合和冷却才能“烹制”出蓝宝石。差不多就是这样。然后它们可能会被喷发带到地表，或者静静地留在原地，以后被侵蚀出来。
蓝宝石很难从原生岩石中提取出来，但它们在物理和化学上都足够坚硬，可以抵抗侵蚀，因此可以从沉积物中经济地开采出来，特别是河流沉积物。当它们生长的熔岩风化成土壤时，它们会被留下，在那里可以回收它们。然后，宝石级的蓝宝石被切割、抛光，最终成为珠宝，这些珠宝很可能与它们的主人一起从一艘著名的沉船中被救出。真可爱！
图片来源
“海洋之恋”照片经游牧保护协会的约翰·怀特的友好许可复制。
所有其他图片均来自维基共享资源。
参考文献
Beran, A. 和 Rossman, George R. (2003)：天然刚玉中的 OH。《欧洲矿物学杂志》，第 18 卷，第 4 期，第 441-446 页。
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Charles Pellegrino: Ellen Mary Walker。《查尔斯·佩莱格里诺网站》。检索日期：2012 年 4 月 14 日。
游牧保护协会：鼓舞人心的珠宝展出……。检索日期：2012 年 4 月 14 日。
想要更多地质学知识吗？查看 David Bressan 关于导致泰坦尼克号沉没的冰山的帖子。