在自然界中，造成宝石的变色的原因五花八门，说起宝石的光学效应，乌桑巴拉效应是其中少之又少被提起的一种。今天要给大家讲的就是是这种稀少神秘的：“乌桑巴拉效应（Usambara effect）”。

1,什么是乌桑巴拉效应

乌桑巴拉效应（Usambara effect）—— 第一次听这个学名，是不是感觉它的名字就像念咒语一样非常“魔幻”且“神秘”？

它以坦桑尼亚乌姆巴山谷的乌桑巴拉山脉命名（该地区近几十年来一直产出丰富的变色宝石）。

乌桑巴拉山脉

来自 Umba 山谷（坦桑尼亚）的绿铬碧玺晶体在某些方向观察时可能呈现酒红色。这既不是多向色性，也不是变石类型的颜色变化。从绿色到红色的变化主要取决于光通过石头的路径长度，也可能取决于 Cr 和 V 的含量；在测试的样品中，当厚度超过 15 毫米时，宝石呈红色。

这种色调变化现象称为“Usambara 效应”，不同于之前描述的宝石中的任何颜色变化效应。比色法已被用于分析这种碧玺。这项研究的结果表明，Usambara 效应是一种复杂的现象，包括路径长度和在不同光源下观察到的颜色变化的影响。

2,乌桑巴拉效应产生的原理

由于宝石中含有铬元素，宝石的可见光光谱在红区和蓝绿区存在两个明显的透射窗。

乌桑巴拉效应取决于光通过宝石的路程长度。较厚的位置行程长，显示红色，反之绿色。

图源：珠宝大家坛 @sns6wcpcwa

当暖光入射时，根据光线所透过的矿物的厚度，由薄至厚显示绿至紫的连续变色。

Usambara 效应是一种复杂的颜色变化现象，与类似于亚历山大变石图案的透射光谱的某种图案有关。当绿色和红色传输带之间的平衡由于宝石中的光吸收或照明的光谱组成发生变化而发生变化时，可能会发生颜色变化。影响光吸收的条件是：透射或反射光线的路径长度、发色团浓度以及光相对于晶轴的方向（多向色性）。

图源：百度

对于特定的宝石，发色团浓度是固定的，光吸收的变化受光程变化和光相对于晶轴的方向的影响。随着吸收的普遍增加（例如，通过增加路径长度），较高频率（光谱的紫色部分）的吸收将比较低频率（光谱的红色部分）增加更多。

结果，由于红色透射的强度相对于绿色透射的强度增加，绿色和红色透射之间的平衡向红色移动。当这种平衡的转变达到某个点时，人眼会突然看到的只有红色，而不是绿色。

下图就是两片具有乌桑巴拉效应（Usambara effect）的镁电气石，分开观察颜色均为蓝绿色，但重叠在一起时，由于厚度增加了，肉眼看上去就变成了红色。

图源：珠宝匠

3,乌桑巴拉效应最早在什么时候观察到？

坦桑尼亚 Umba 地区的当地人认为，1960 年代中期，传奇希腊人 Papas 开始挖掘铬碧玺。即使从那时起人们一直在挖掘这些石头，但似乎很少有人意识到颜色变化的影响。

乌桑巴拉效应（Usambara effect）最早是由挪威宝石学家Asbjørn Halvorsen等人在1997年提出的。

上世纪90年代初，Asbjørn Halvorsen在坦桑尼亚Usambara山脉东部 Umba Valley发现一批具有与独特光学效应的铬碧玺。

经过数年的研究，在1997年Asbjørn等人在《宝石学杂志》上第一次阐述了这种特别的变色现象，并为它定名为"Usambara effect" 。

图源：GEMGAZER.COM

4,乌桑巴拉效应的宝石有哪些？

2000年1月，法国地质学家Cedrik Simonet在《宝石学杂志》中描述了来自肯尼亚的碧玺中的乌桑巴拉效应，后在肯尼亚产地的石榴石中看到了同样的效应。

除此之外，柱晶石、堇青石、绿帘石、红柱石等宝石也可具有乌桑巴拉效应。

图源：珠宝匠

观察发现紫翠玉，蓝宝石，紫色尖晶石和坦桑石。所有显示出亚历山大变石效应的矿物也可能具有 Usambara 效应的成分。如果反射光线的颜色与宝石的体色不同，则应引起怀疑。在某些情况下，这可能是分散的结果，但也可能是由 Usambara 效应引起的。

5,乌桑巴拉效应的辨析

在实际观察当中，乌桑巴拉效应经常与宝石的变色效应、多色性混淆不清，那么如何进行三者的区分呢？

图源：百度

乌桑巴拉效应依赖于透射光的路径长短，变色效应依赖于照射光的性质，多色性依赖于偏振光的振动方向。

↑ 边长分别为3mm和8mm的合成亚历山大石的立方体样品在非偏振日光和白炽灯下a,b,c轴的颜色（Karl Schmetzer，2013）

由于不同变色效应的变色原理不同，不同变色效应所对应的不同切片的a、b、c轴下对应的的颜色都不同。