宝石の色、どうやって決まっている？

みなさん、「最近なんか新しい情報に触れる機会が減ったような気がする…」そんな悩みを持っていませんか？？

クリエイターズマガジンはそんな時代に、みなさんの生活圏とは違った情報を得る機会を作りたいと考えています。特に創作においては、そういう体験が新しいアイディアを生むきっかけになったりもしますよね！！

ということで、Twitterフォロワー3.8万人のサイエンスライター＆Vtuberの彩恵りりさんに記事をお願いしました！！

今回のテーマは、宝石の色ってどうやって決まっているのか？？みんな大好きな宝石ですが、どうやって色が決定づけられているか知っていますか？？予備知識を持つことで、創作の設定をより深くリアルに作ることができると思います！！！ぜひ読んで創作や日々の活動のインスピレーションにしてみてください！！

皆さんこんにちは！サイエンスライターの彩恵りりだよ！今回は、宝石の色について解説していくよ。宝石には様々な色があるけど、その色の付き方には様々な理由があって、結構興味深いものもあるんだよ‼そこら辺を分かりやすく解説していくね！

結晶構造の欠陥によるもの

宝石が宝石としてきれいなのは、結晶が大きくて欠陥が少ないことが理由の1つとしてあげられるよ。実際、地下で何百万年もかけて成長した鉱物の結晶である宝石は、結晶構造がほとんど完璧で、欠陥がほぼないことが多いよ。

ただ、原子レベルで宝石を見てみると、完全に完璧ではなく、ところどころに欠陥がある場合もあるよ。例えば原子があるべきところに無かったり、逆に余計な原子が入り込んでいたり、違う種類の原子が入り込んでいたりなどだよ。この欠陥は点である場合もあれば、線や面だったりする場合もあるよ。これは例えば結晶の成長途中に環境が変わったとか、放射線による影響とかいろいろあるけど、最終的には熱力学的法則も絡んでくる結構難しいところに絡むよ！

このような欠陥があると、光を通した時に影響が出るよ。完璧な結晶ならば光はそのまま通過するけど、欠陥が存在するとそこで光の一部の波長が吸収されるよ。吸収された波長の色は見えなくなるから、通過した波長の色が見えるんだよ。このような理由で色がつくのは、例えばダイヤモンドや水晶が該当し、結晶構造の欠陥が少なければ無色である宝石がほとんどだよ

不純物によるもの

不純物の影響によるものというのは、結晶構造の欠陥と一部理由が共通するよ。宝石は自然にできるものなので、どうしても不純物となる別の元素が入り込むよ。もしも入り込んだ元素が鉄や銅のようなものの場合、このような金属元素はイオンの形で色を付ける性質があるよ。結晶構造の欠陥が理由の場合、ある程度環境の制限があるけど、不純物による色は極めて感度が鋭くて、非常に少ない量の不純物でも色がつくんだよ。場合によっては、21世紀になっていろの原因が解明されたものがあるくらい、何が原因であったのか不明であったような物すらあるよ！

このような不純物のイオンを理由とする宝石の色は、水晶やトルマリンでは非常に多く見られるよ。一方でこの感度の高さを理由として、場合によっては宝石が宝石で無くなる原因となる可能性も同時に持ち合わせているよ。例えばペリドットと言えば緑色というイメージがあるかもしれないけど、あれは鉄イオンが色の原因だよ。鉄イオンが多すぎれば黒くなり、光をあまり通さなくなるよ。鉄イオンが多いことで黒っぽくなってしまう、潜在的な宝石になり得る鉱物はたくさんあるよ。

メインの組成によるもの

この表現は、ほとんど上と一緒だよ。イオンが色の原因になると書いたけど、ほんのわずかな不純物としてではなく、メインの組成として存在する場合でも、やはり色の原因となりうるよ。こちらの場合、宝石の種類の定義としてその金属イオンが必須だから、色は比較的安定しているよ。例えばフォスフォフィライトの場合、組成として銅が必ず必要だから、色としても緑色が保証されているよ。

ただし、メインの組成として必須であっても、必ずしも色を保証してくれない場合もあるよ。これはメインの組成のせいではなく、むしろ不純物が悪さをするよ。代表的なのが、悲しいことに鉄なんだよね…。

中に含まれている別の鉱物によるもの

この例は、しばしば不純物の影響によるものと混同されやすく、中には意見が割れているものすら存在するよ。例えば水晶の中でもピンク色のものはローズクォーツなんて呼ばれているけど、これについては現在では非常に微細なルチルによるものとされているよ。ところがその大きさは非常に小さく、ルチルの構成元素であるチタンが不純物として含まれているのか、それとも水晶の結晶とは別としてルチルと言う鉱物が存在するのかがはっきりしていなかったよ。

一方で、同じ水晶の色違いでも、黄色いレモンクォーツ、赤いレッドクォーツ、緑色のグリーンクォーツのようなものは、それぞれ硫黄の単体、鉄の酸化物、緑泥石という緑色の粘土鉱物であるとはっきりわかっているよ。これは場合によっては微細な粒が眼に見える場合もあったりするくらいだからね！

極めて特殊な例としてはサンストーンがあるよ。この宝石には単体の銅が含まれているけど、その結晶が大きいために、はっきりと銅の色を反射しているのがわかるくらいだよ！

構造色によるもの

このパターンは数が限られるよ。構造色というのは、その物質そのものには色がついていないけど、光を何回も屈折や反射される微細な構造がある場合に発生する虹色のような色だよ。例えばシャボン玉、水面に浮いた油、昆虫の鱗粉、CDの記録面で見られるのが構造色だよ。宝石で構造色が見られる例は少ないけど、それが大きく働いているのが、日本では人気な宝石であるオパールだよ！後はラブラドライトなどでもこういった色が発生するよ。

構造色と似たような仕組みでシラー効果と呼ばれるものもあるよ。構造色は多数の反射と屈折で虹色が出るけど、光を分散して雲のように白っぽくするのをシラー効果というよ。ムーンストーンはシラー効果の典型例だよ！

こちらの記事は僕がnoteでやっているクリエイターズマガジンの転載です。

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