[量子晶選] 正長石 (Orthoclase)

        正長石 (Orthoclase) 是長石家族中最重要的成員之一，是一種常見的鉀長石類礦物，其化學成分為 𝐾𝐴𝑙𝑆𝑖₃𝑂₈，屬於「鹼性長石」的一種。它是構成地殼最常見的礦物之一，在花崗岩、正長岩以及多種變質岩中都能見到它的身影。

        正長石屬單斜晶系，為花崗岩等酸性火成岩的關鍵造岩礦物。其特徵為肉紅至白色、硬度6（莫氏硬度計標準礦物）、玻璃光澤，具有近直角的完全解理。常作陶瓷、玻璃工業原料，部分特殊品種（如月光石）可作寶石。 

正長石特性與特徵：長石家族的「正」統代表

        它是一種常見的造岩礦物，是鉀長石的一種變體。它屬於長石族礦物，在地殼中分布廣泛，常見於火成岩和變質岩中。

• 化學式：𝐾𝐴𝑙𝑆𝑖₃𝑂₈

• 化學成分：正長石的主要成分是二氧化矽（SiO₂，64.7%）、氧化鋁（ Al₂O₃，18.4%）和氧化鉀（K₂O，16.9%）。

• 解理 (Cleavage)： 這是它名字的由來。正長石具有兩組互相垂直 (90°) 的完美解理。在希臘語中，「Ortho」即代表「直角」，「Clase」代表「斷裂」。

• 硬度： 摩氏硬度為 6。它是摩氏硬度標準中的指標礦物。

• 顏色： 最常見的是肉紅色、粉紅色（這是由於微量鐵元素的影響），也常見到白色、灰色或淺黃色。

• 晶系： 是鉀長石的低溫相變體，屬於單斜晶系。

• 產狀：正長石常見於花崗岩、花崗閃長岩、二長岩、正長岩等火成岩中，以及變質岩和沉積岩中。

• 用途：正長石是重要的造岩礦物，在陶瓷、玻璃和搪瓷工業中也用作原料。

    

鑑定關鍵：雙晶現象 (Twinning)

        正長石最著名的鑑定特徵是 「卡斯巴雙晶」(Carlsbad Twin)。

 

        部分礦物的晶體具有左與右的區別，在捷克的 Carlsbad 這個地方產出一種特殊的正長石雙晶，無論旋轉或者翻過來看，可以發現左與右的長石同時存在，因此又被命名為「Carlsbad Twin」，是長石的代表性雙晶形式，在世界各地都有發現。

• 視覺表現： 當你轉動晶體時，會發現晶體從中間一分為二，一半反射出明亮的光澤，另一半則是黯淡的。這兩部分晶體共享一個晶軸，但排列方向相反。

• 區分點： 與斜長石不同，正長石不具備細密的「聚片雙晶」條紋。

PS. 聚片雙晶（Polysynthetic twinning）是指同一礦物的多個晶體單元（稱為雙晶片）以平行的方式重複生長在一起的雙晶形式。

        在野外，破碎的鹼性長石顆粒中可以識別出卡爾斯巴德雙晶，它表現為兩個晶體取向不同的獨立晶體之間的表面分隔。如上圖所示，光線在每個卡爾斯巴德雙晶上以不同的角度反射。圖為義大利厄爾巴島聖安德烈蒙特卡帕內二長花崗岩中的正長石巨晶。 

正長石家族的「變身」：同質多象

        正長石與其他幾種鉀長石（微斜長石、透長石）的化學成分完全相同，但因為冷卻速度與形成溫度不同，原子結構排列的「整齊度」也不同：

• 透長石 (Sanidine)： 高溫、快速冷卻（常產於火山岩）。

• 正長石 (Orthoclase)： 中溫、中等冷卻速度（常產於深成火成岩）。

• 微斜長石 (Microcline)： 低溫、極慢冷卻（結構最有序，常呈美麗的天河石藍綠色）。

寶石學中的應用：月光石 (Moonstone)

        當正長石與另一種長石（鈉長石）在冷卻過程中發生「出溶作用」，形成極薄的交互夾層時，會產生迷人的光學效應：

• 青白光效應 (Adularescence)： 光線在層間散射，呈現出如同月光般流動的藍色或白色光暈。這種高品質的寶石級正長石就被稱為月光石。

PS. 出溶作用（Exsolution）是一種岩石學與礦物學現象，指高溫下形成的均質固溶體礦物，在溫度或壓力下降的亞固相條件下，因熱力學不穩定而分解，通過離子擴散形成兩種或多種固相礦物的過程。此過程常形成具有特定幾何取向的顯微結構（如條紋長石、出溶輝石），對於解析超高壓變質岩及岩漿岩的冷卻歷史具有重要科學價值。 

在自然界與工業中的角色

• 岩石建造者： 它是花崗岩的主要成分（通常賦予花崗岩粉紅色的色調）。

花崗岩

• 陶瓷與玻璃： 正長石是製造陶瓷釉料、高檔瓷器與玻璃的重要助熔劑，能降低材料的熔點並增加強度。

• 風化產物： 在潮濕環境下，正長石容易風化轉變為高嶺石 (Kaolinite)（瓷土的主要來源）。

高嶺石

實戰鑑定小秘訣

        如果你在野外看到一塊巨大的淺紅色晶體：

• 看解理： 是否有兩個互相垂直的面？

• 看表面： 是否平滑？有無卡斯巴雙晶（明暗對半分）？

• 看伴生： 旁邊是否有透明的石英或黑色的角閃石？

        如果是，那這極大機率就是正長石。

鮑文反應系列（Bowen's Reaction Series）

        正長石（鉀長石）之所以在最後階段才結晶，是因為它的「化學組成」與「結構穩定性」決定了它必須等待岩漿變得足夠冷、足夠「濃縮」。

• 溫度的篩選：化學成分的排隊

岩漿冷卻時，礦物的結晶順序是由其晶格能和熔點決定的：

• 早期（高溫）： 鐵、鎂、鈣離子最先「結對子」，形成橄欖石、輝石或富鈣斜長石。
• 晚期（低溫）： 隨著鐵、鎂、鈣被消耗殆盡，剩下的岩漿中富集了大量的鉀（K）、鈉（Na）、鋁（Al）和矽（Si）。正長石（$KAlSi_3O_8$）的組成元素正是在這個階段才達到飽和濃度。

• 結構的複雜化：從孤立到架狀

• 早期礦物： 如橄欖石，結構簡單（孤立四面體），不需要複雜的排列，在高溫下就能穩定。

橄欖石（孤立四面體）

單股（鏈狀矽酸鹽） 輝石、矽灰石

 角閃石雙股（鏈狀矽酸鹽）

• 正長石與石英： 它們屬於架狀矽酸鹽（Tectosilicates）。矽氧四面體必須以 1:2 的比例在三維空間形成複雜的網路。這種結構在能量極高的高溫環境下容易被打斷，只有當溫度降至約 700°C - 800°C 時，這種精密的架狀結構才能穩定成型。



架狀矽酸鹽（Tectosilicates）

• 正長石與石英的「親密關係」

正長石與石英（SiO₂）在結晶順序上是最後的鄰居，這揭示了兩者在岩石學中的幾個重要特徵：

• 空間的競爭者與填補者

在花崗岩中，正長石通常早於石英結晶一點點。正長石會長出較完整的晶形，而石英則是「最後的填充物」。當所有礦物都結晶完畢，剩下的純二氧化碳與矽液就會填滿正長石之間的縫隙，這就是為什麼在花崗岩中石英通常沒有規則外形的原因。

 

• 共生比例的「花崗岩密碼」

如果岩漿富含鉀，就會產生大量的正長石。當所有的鋁與鉀都被正長石拿走後，剩下的純二氧化矽就會形成石英。因此，正長石與石英的比例，直接反映了原始岩漿的「酸性」程度。

• 文象結構（Graphic Texture）的奇觀

有時正長石與石英會發生「共晶結晶」。它們同時從最後的殘餘液體中析出，石英會像「古代文字」一樣鑲嵌在巨大的正長石晶體裡。這種結構被稱為文象花崗岩，是它們親密關係的最佳視覺證明。

• 最後的勝出者

正長石在晚期結晶，意味著它是岩漿演化到最成熟、最富集有用元素的產物。

• 正長石： 帶走了剩餘的鉀。
• 石英： 帶走了剩餘的所有。

        既然正長石與石英是「晚期結晶」的產物，這也解釋了為什麼偉晶岩（Pegmatite）中會出現巨大的正長石與水晶（石英）。因為在最後階段，岩漿中富含水分，離子運動速度快，讓它們有充足的時間長成巨人。

藍兔毛的產出(是藍貓的藍)

        特殊情況下，如果岩漿中「鋁」的含量不足，會如何影響正長石與石英的共生關係嗎？這會產生出一些更罕見的礦物。

        這是一個非常進階的地球化學問題。在正常的岩漿演化中（如花崗岩），鋁（Al）的含量通常足以與鉀（K）、鈉（Na）結合形成長石。但如果岩漿發生了「鋁虧損」——也就是地質學上所謂的「過鹼性」（Peralkaline）環境，正長石與石英的共生關係會發生劇變，並催生出一系列稀有且迷人的礦物。

• 「鋁」的配比邏輯：長石的緊箍咒

要形成正長石 (KAlSi ₃O₈)，鉀與鋁的原子比例必須是 1:1。

• 正常情況： K + Al + 3Si °→ 正長石。
• 鋁不足情況： 當鋁被消耗殆盡，但岩漿中還剩下多餘的鉀（K）和鈉（Na）時，這些鹼金屬就無法再進入長石的晶格。

• 2. 對正長石與石英關係的影響

• 鹼性長石的性質改變

在鋁不足的環境下，長石的生長會受到抑制。剩餘的鹼金屬會去尋找其他「不需要那麼多鋁」的結構。這會導致岩石中正長石的比例相對減少，或者出現成分極為特殊的「過鹼性長石」。

• 矽酸鹽結構的「異常化」

正常情況下，石英（純 SiO₂）是最後結晶的。但在過鹼性岩漿中，由於多餘的鉀、鈉具有很強的助熔性質，它們會與矽結合形成一些不含鋁或低鋁的鹼性暗色礦物，而不是純石英。這意味著在某些極端的鹼性岩石中，石英的產出量會下降，甚至被「似長石」取代。

• 3. 催生罕見的「過鹼性」礦物

當「鋁」不足以消耗掉所有的「鹼」時，多餘的鉀和鈉會被迫與鐵（Fe）、鎂（Mg）以及矽（Si）結合，產生以下幾類標誌性的罕見礦物：

• 霓石 (Aegirine) 與 鈉閃石 (Riebeckite)

這是最典型的過鹼性特徵。當鋁不夠時，鈉會與三價鐵結合。

• 霓石： 一種綠黑色的輝石，常呈纖細的針狀，出現在鹼性花崗岩中。

霓石

• 鈉閃石： 一種深藍色的角閃石。如果你在水晶中看到藍色的針狀包裹體（如某些藍色髮晶），那往往就是鈉閃石。

鈉閃石



• 異性石 (Eudialyte)

在鋁極度匱乏且富含揮發份的環境中，會產生結構極其複雜的矽酸鹽，如紅色的異性石。它含有大量的鋯（Zr）和稀土元素。 

異性石

• 似長石類 (Feldspathoids)

如果不僅鋁不足，連矽（Si）也相對不足，就會產生「似長石」，如霞石 (Nepheline)。

霞石

 

注意： 霞石與石英是「天敵」。在同一個岩漿中，如果出現了霞石，就不可能出現石英，因為石英會與霞石反應變回長石。

• 鋁含量對礦物組合的控制

環境類型	鋁含量	主要礦物組合	產出的罕見礦物
過鋁質 (Peraluminous)	豐富	正長石 + 石英 + 白雲母/石榴石	黃玉、電氣石
準鋁質 (Metaluminous)	適中	正長石 + 石英 + 角閃石/黑雲母	典型花崗岩礦物
過鹼性 (Peralkaline)	不足	正長石 + 霓石 + 鈉閃石	異性石、藍閃石、霓石

• 地質學家的視野

當我們在野外看到一顆水晶內部包裹著藍色的針（鈉閃石Riebeckite）而非金色的針（金紅石）時，這道光景就在無聲地告訴我們：這顆水晶生長的環境，曾是一個鋁含量嚴重不足、鹼金屬過剩的特殊地質窗口。 

 

藍兔毛水晶（Blue Rabbit Hair Quartz）

鈉閃石的形成需要一個高鈉、高鐵，但鋁相對不足的環境（過鹼性）。這種地質窗口即這種化學條件，在水晶生長的熱液噴發中並不常見，因此藍兔毛的產量遠低於紅兔毛（陽起石）或白兔毛（透閃石）。這也是為什麼藍兔毛比紅兔毛和白兔毛罕見的原因。

小編認為這種藍是藍碧璽的真狀包裹物

另外一種是：藍線石的藍