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本文是一系列有關化石的第4篇文章。

上一篇文章: 石話石說(3): 不是恐龍的貴州龍 [https://jeje4fp.pixnet.net/blog/post/3343664]

下一篇文章: 石話石說(5): 琥珀 & 化石 []

筆者的專業是化學，對古生物&化石只有業餘的認識程度。讀者若是發現本文內容有謬誤之處，懇請賜教斧正。

[照片1] 不知學名的菊石化石 [引用自網路: https://www.irocks.com/the-ammonite-a-glimpse-into-the-past]

[表1]  [石話石說系列] 已經po出的文章

(1) 蛋白石(Opal):

 在介紹什麼是「蛋白石化」的化石(opalized fossil)之前，請容筆者以最簡潔的篇幅先說明啥是蛋白石。

 從化學的角度來看，所謂的寶石，其實只是以晶體(crystal)型式存在的高純度化合物(chemical compound)。照片2的螢石(Fluorite)雖然摩氏硬度(莫氏硬度; Mohs scale of hardness)只有5[註1]，不屬於寶石(硬度下限=7)，但是適合做為說明屬於立方晶系(cubic crystal system)的晶體例子。

[註1]: 我們的指甲硬度 ~2.5; 鋼刀為5.5 ( < 玻璃的6.5，所以一般鋼刀無法割切玻璃)。

[照片2] 筆者收藏的5個大小色澤不同的螢石 [正八面體晶體]

照片2中的5個八面體都是螢石晶體。高純度的螢石晶體，應該是像中央那個無色透明的。一旦有微量雜質侵入晶格，則會產生不同的顏色。正常狀況下，螢石晶體外觀應該是像一塊方糖般的(六面)立方體。照片2之所以呈現有如2個金字塔以底面接合在一起的八面體，是因為結晶面{111}完全解理所致。

地球上以二氧化矽(化學式為SiO₂)為主要化學成份形成的物質，包括晶質體的石英(Quartz) & 水晶(Crystal; 無色透明時的石英名稱)與非晶質體的玉瓍(Chalcedony)、瑪瑙(Agate)與蛋白石[照片3]。

[照片3] 筆者收藏的水晶、玉瓍&瑪瑙

蛋白石為二氧化矽的水合物(hydrate)，化學式為SiO₂·n H₂O。對於不熟悉化學的讀者而言，可能不明瞭二氧化矽水合物是啥? 簡而言之，就是在二氧化矽為主成分的結構中，散布著相當於總重3%-20%的水分子。這樣的組成，等於是二氧化矽的膠體(colloid)。蛋白石雖然名列寶石家族的成員之一，卻是非晶質結構，也就是無一定外形，所以它的斷裂口呈現貝殼狀。

石英/水晶、玉瓍/瑪瑙的摩氏硬度分別為7 & 6.5~7。蛋白石則為5.5~6.5，似乎是結構中零散分佈的結晶水(water of hydration)減低了硬度。

若無其它雜質存在，「普通蛋白石(Common opal)」是透明無色or半透明乳白色的。由於是由粒徑大小不一的膠體呈無規律排列而成，入射的白光在這樣的膠體之間發生繞射後會互相干擾，以致於無從呈現遊彩(play of color)。若是鈣、鎂、鐵、銅等的原子or離子混入結構中後，可能會呈現淺灰色、淺黃色、淺紫色or其它顏色，但是顏色不會隨著觀察角度而改變。

如果上述的膠體是以規則的六面or最密立方堆積方式(hexagonal or cubic close-packed)整齊排列成介於100~300奈米[nanometer (簡寫為nm; 1nm = 1x10^-7m = 0.00001cm)]的晶格(lattice)，上述的繞射現象會產生紅橙黃綠藍紫不同頻率的出射光線，而且會隨著觀察角度變化而出現不同色澤---遊彩，這就是寶石級的「貴蛋白石(Precious opal)」了。

[照片4] 筆者收藏的貴蛋白石(Precious opal)戒指 [10月生日寶石]

                 歷劫億載修正果，

                 石化美顏伴女媧。

                 只願合緣君取得，

                 再現凡塵續摩訶。

(2) 蛋白石化的化石(opalized fossil)---美如寶石!:

 若是條件適當，生物遺骸在歷經被埋藏消失之前，地下水中的二氧化矽膠體逐步置換原有遺骸成分，就形成了「蛋白石化」的化石。筆者用以下的照片，來說明依照自然界的物理化學運作規律，所形成的絕美藝術品---「蛋白石化」的化石。

 照片5~7是生活於距今約4.2億年~ 6,550萬年前泥盆紀~白堊紀的箭石類(Belemnitid)生物內骨骼化石。它是狀似箭頭的硬鞘，功能類似於於現生種烏賊體內那一片船形的硬鞘(俗稱: 墨魚骨)。

 照片5&6正是箭石硬鞘經過「蛋白石化」的化石。與照片7由碳酸鈣填充遺骸消失後的空間並發生再結晶過程作比較，相信讀者們能理解何以前者與後者的市售價格有相當巨大差距的原因囉---畢竟前者可以視為整個尚未切割鑲嵌的蛋白石寶石。

[照片5] 蛋白石化的箭石(Benmite)化石

 [照片6] 蛋白石化的箭石(Benmite)化石

[照片7] 筆者收藏的一件購自俄羅斯莫斯科的方解石化箭石化石

   照片8~11分別是一些蛋白石化的雙殼綱貝類&腹足綱螺類化石;照片11~14則是筆者收藏的方解石化(Calcited)的化石 [其中照片12&13還是筆者親自採集自台灣地區]。

[照片8] 不知學名的蛋白石化貝類化石

[照片9] 不知學名的蛋白石化螺類化石

[照片10] 不知學名的蛋白石化螺類化石

[照片11] 筆者收藏的不知學名的蛋白石化貝類化石

[照片12] 筆者親自採集收藏的單色粗鳥尾蛤化石(Trachycardum unicolor)

[照片13] 筆者親自採集收藏的瓷玉螺化石(Polinices sp.)

[照片14] 筆者收藏的一件購自美國的志留紀螺類(Platyostoma sp.)化石

   菊石類(Ammonites) & 鸚鵡螺類(Nautilus)的外型有些類似，兩者的主要差異在生長過程氣室間隔板的縫合線式樣 [潛水艇的浮沉機制，即引用氣室原理] & 職司吸吐水/傳輸氣體的體管位置。由於細節需要另以專章說明，為免讓本文篇幅過長，此處略過。  

   鸚鵡螺類出現於距今約2.0~2.2億年前的中生代三疊紀晚期，目前仍然有6個現生種生存於印度洋&太平洋海域。菊石類則僅生存於距今約4.0~4.1億年前的古生代泥盆紀晚期~6千餘萬年前的中生代白堊紀晚期(也就是與恐龍一起滅絕)。

     鸚鵡螺的體型不算大，菊石卻有相當巨大體型的品種，例如在洛杉磯自然歷史博物館展出的一件學名為Parapuzosia seppenradensis的化石標本，最大直徑處達1.8m，這可還不是目前發現過最大的喔[照片15]。

[照片15] Parapuzosia seppenradensis菊石 [網路: https://twitter.com/nhmla/status/776543726940413952]

   菊石種類非常多，目前分類包括9個目(order)、280餘科(class)、超過2千個屬，已發現的種類介於3~4萬種之間。鸚鵡螺的種類數雖然少於菊石，也不是一篇短短的文章能介紹完的。所以，筆者只舉照片16~20的例子做說明: 其中只有照片16&17是「蛋白石化」的菊石化石; 作為參照的照片18~20，則是筆者收藏的「非蛋白石化」的菊石化石。

[照片16] 引用自網路: https://www.pinterest.fr/pin/427138345879350251

[照片17] 一件不知學名的菊石化石

[照片18] 筆者收藏的一件Paradeshayesites sp.菊石化石

[照片19] 筆者收藏的一件風神菊石(Aioloceras besairei)化石

[照片20] 筆者收藏的一件葉菊石(Phylloceras sp.)化石

   西元1986年，筆者於美國北卡羅來納州完成碩士學位後，進入位於居民人口超過 1百萬的Tucson市的亞利桑那大學(University of Arizona)，繼續攻讀化學博士學位。於假期時，曾有機會造訪位於該州東北隅的矽化木國家公園(Petrified forest national park)。

   在這一座成立於西元1962年的國家公園內，散佈著許多曾經存活於距今2.25億年前三疊紀時期的樹木化石。當時的樹木被泥砂等掩埋之後，流經該處地下水中所溶解的二氧化矽，逐漸置換原先的有機質部分，並以石英形態析出而固化成有如石頭，被稱為矽化木(Silicifies wood)，也被稱為瑪瑙樹(Agate tree)[照片21&22]。

[照片21] Petrified forest national park內的矽化木

[照片22] 筆者收藏的一件矽化木化石

   地下水中所溶解的微量氧化鐵化合物則賦予了這些矽化木五彩繽紛的顏色[照片23]。矽化木的密度約2.65g/cm³，遠大於一般樹木的0.405-0.550 g/cm³。所以，一般樹木會浮於水面 [因為密度<水的密度(=1g/cm³)]，矽化木則是遇水即沉。

[照片23] Petrified forest national park內的矽化木

   「蛋白石化」的化石當然不只以上這些生物種類，畢竟只要符合前述的「蛋白石化」條件，就有形成的機會。本文介紹的是市面上容易看到品項。世界上很多地方都能發現「蛋白石化」的化石，最具盛名的地方則是澳洲新南威爾士州的Lightning Ridge小鎮&南澳州的Coober Pedy小鎮。

      希望經由這一篇短文，讀者對於「蛋白石化」化石有了最基本的認識。下一篇文章是 [石話石說系列] 的第5篇:  琥珀&化石。歡迎有興趣的讀者，再度撥冗光臨我們的部落格，前來參閱喔。

[後記]: 於西元2021年12月21日~2022年1月17日(11:53pm)期間，在 [隨便一拍] 邦邦(http://streamtopic.pixnet.net/7245) po出的有關本篇遊記介紹文的結果:

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