多米尼加共和国和印度尼西亚的某些琥珀中观察到的蓝绿色实际上是紫外线 (UV) 激发的荧光。之前的一项研究将这种颜色描述为黄色背景上的彩虹色，但实际上这是一种表面荧光。由于这种琥珀可以被视为长波长通滤光片，其光谱透射率的半通波长约为 530 nm，因此它既不透射紫外线也不透射短波可见光。由于这种材料完全吸收紫外线范围内的光，并强烈吸收短波可见光范围内的光，因此激发的蓝色仅限于表面。这项研究中的琥珀还显示出乌桑巴拉效应，即颜色随光穿过样品的路径长度而变化的现象。

介绍

琥珀是树脂化石，可用于制作珠宝、装饰品、药物和香水。含有昆虫和植物内含物的琥珀具有重要的科学意义，深受收藏家的推崇。琥珀通常呈黄色至棕色，有些琥珀呈红色至棕红色或红棕色。蓝色琥珀很少见，主要产于多米尼加共和国，印度尼西亚和墨西哥也有少量产出。这种琥珀来自已灭绝的树种Hymenaea protera的树脂（Iturralde-Vinent 和 MacPhee，1996 年；Poinar 和 Poinar，1999 年）。根据 Iturralde-Vinent 和 MacPhee（1996 年）的说法，大多数多米尼加琥珀产于两个区域：圣地亚哥德洛斯卡瓦列罗斯以北（“北部地区”）和圣多明各东北部（“东部地区”）。

虽然存在不同年代的树脂岩，但现有的生物地层学和古地理数据表明，多米尼加共和国的主要琥珀矿床（包括那些以出产生物内含物而闻名的矿床）是在早中新世晚期至中中新世早期（1500 万至 2000 万年前）在一个单一的沉积盆地中形成的。几乎没有证据表明琥珀被大规模再加工或重新沉积。在 Iturralde-Vinent 和 MacPhee (1996) 进行研究之前，人们认为北部地区的琥珀形成于早始新世至早中新世时期（Baroni-Urbani 和 Saunders，1982；Lambert 等人，1985；Poinar 和 Cannatella，1987；Grimaldi，1996），而东部地区的已发表估计值范围从白垩纪到全新世（Burleigh 和 Whalley，1983；Poinar 和 Cannatella，1987；Grimaldi，1996 年）。

Bellani 等人 (2005) 研究了多米尼加共和国的蓝色琥珀，并确定芳香烃成分苝是可见光波长范围 430 至 530 nm 内受紫外线激发的荧光发射源，从而形成了所观察到的绿蓝色。他们还将这种蓝色描述为自然日光或日光等效照明下的彩虹色。

虹彩是一种光学现象，即随着视角或照明角度的变化，表面似乎会改变颜色（Nassau，1983 年）。虽然大多数虹彩是由干涉引起的，但刘等人（1999b）发现，珍珠和贝壳中的虹彩是由衍射引起的。贝壳和珍珠的每一层都是光学异质的。光穿过这些层时会发生强烈的散射，从而导致观察到的乳白色。散射光无法产生干涉以产生虹彩。要做到这一点，每一层都必须是光学均匀的，并且厚度与可见光波长相当。

众所周知，紫外线荧光也会导致某些钻石出现明显的可见颜色变化。日光下的强紫外线荧光在 56.07 克拉的 Tavernier 钻石中产生了这种效果（刘等人，1998 年）。紫外线荧光使整颗钻石的体色从白炽灯下的浅棕色变为日光下的浅粉色。

体色随宝石厚度变化的现象称为 Usambara 效应。刘等人（1999a）确定，这种颜色变化是由与光穿过宝石材料的路径长度相对应的色调角度变化引起的。

本文介绍了多米尼加共和国和印度尼西亚蓝色琥珀的色彩现象。在室温下测量了荧光和光致发光，以显示其特征。结果，我们发现琥珀的绿蓝色只是表面的。通过计算样品中不同深度的比色数据，我们确定色调角随深度而变化，这是蓝色琥珀中乌桑巴拉效应的体现。

材料与方法

2013 年，其中一位作者参观了多米尼加共和国北部和东部的琥珀矿床（图 1）。图 2 显示了典型的采矿作业，而图 3 显示了从当地矿工那里获得的蓝色琥珀珠。

在北部地区，1200 米厚的碎屑岩拉托卡组上部 300 米处含有琥珀矿，该矿由砂岩和偶尔出现的砾岩组成，这些砾岩在三角洲至深水环境中堆积而成。该矿床中的琥珀碎片长度可达 40 厘米，表面几乎没有运输痕迹。褐煤以薄层的形式存在于砂岩中。这些碎屑岩逐渐变成飞石状，深水沉积物中含有碎屑琥珀。

在东部地区，约 100 米厚的 Yanigua 地层中含有琥珀的沉积物由富含有机质的层状砂、砂质粘土和一些厚度达 1.5 米的夹层褐煤层组成。琥珀碎片出现在褐煤和砂质粘土中。除了指示性的沉积特征外，这些地层中的无脊椎动物和脊椎动物化石（鳄鱼、海牛和海龟）的特征表明沉积发生在近岸环境中，可能是在低矮、森林茂密的山丘前的沿海泻湖中（Brouwer 和 Brouwer，1982 年）。

研究了两个蓝色琥珀样本。样本 1 是来自多米尼加共和国的凸圆形宝石，表面呈绿蓝色，体色为黄色（图 4）。样本 2 是印度尼西亚的原石琥珀，一面经过抛光，抛光表面呈蓝色，体色为红色（图 5）。两个样本在 365 nm 的长波紫外线下均显示出非常强的绿蓝色荧光，在 254 nm 的短波紫外线下则显示出微弱的荧光。两个样本还显示出持续数秒的绿蓝色磷光。

使用 MDIS-f8 多功能双积分球光谱仪测量样品的光谱透射率和紫外荧光，以便计算色调和饱和度。测量绿蓝色荧光的光学装置如图 6 所示。样品 2 的抛光表面与样品台成 45° 角。使用 365 nm 发光二极管 (LED) 以 45° 角照射抛光表面以激发蓝色荧光。一部分蓝色荧光穿过光圈进入积分球，在那里被准直器收集并发送到光谱仪进行测量。光谱仪通过辐射校准灯校准，以测量蓝色荧光的相对光谱功率分布，而不是数字计数。因此，所测蓝色荧光光谱的光谱功率分布真实。

图 7 显示了使用多功能光谱仪测量光谱透射率的光学布置，其中积分球顶部装有氙气填充钨灯。我们将从样品 2 上切下的约 1 毫米厚的未抛光区域放在测量台上，其中光圈的直径为 3 毫米。来自测量积分球顶部灯的光线穿过切片和光圈，进入测量积分球。准直器收集来自琥珀色切片的透射光并将其发送到光谱仪进行测量。为了测量光谱透射率的百分比，光谱仪在样品不在台上时校准为 100%，通过关闭钨灯校准为 0%。

表面颜色

图8为样品2未抛光的切片，图9为切片的光谱透过率，实质上是典型的长通透过光谱，半通波长在530nm左右，截止波长在450nm左右，长通透过光谱的短波长端斜率不陡，波长短于450nm的蓝光被完全吸收，可见光450~760nm的透过率逐渐提高，因此1mm切片呈现黄色，较厚处琥珀体色呈现橙黄色至褐色。

图 10 显示了样品 2 的紫外荧光光谱，用 365 nm 紫外光源测量。紫外光照射到样品表面，双积分球光谱仪的测量积分球组件从表面收集紫外荧光。紫外荧光光谱在 450、485 和 500 nm 左右显示出三个峰值。该紫外荧光光谱与 Bellani 等人 (2005) 记录的光谱相似。正是这种短波长荧光光谱导致了蓝色琥珀的表面呈绿蓝色。

当紫外线照射到蓝色琥珀上时，会激发出蓝绿色荧光。然而，由于紫外线被完全吸收，它无法穿透蓝色琥珀。它只能在表面引起蓝色荧光。

随着深度的增加，截止波长会移至长波长，最终蓝绿色荧光会被完全吸收。由于这个深度仍然很浅，荧光穿透被限制在表面附近，限制了改变体色的能力。

图 11 显示了样品 2 的绿蓝色荧光的侧面图。为了强调绿蓝色表面的紫外荧光，照片是用 365 nm 紫外光源拍摄的。紫外光从右侧照亮蓝色琥珀，而白炽灯照亮顶部和底部以显示体色。观察到的荧光与基于短波长可见光范围内的荧光测量的理论荧光一致（见图 10）。

紫外线无法穿透琥珀的表面，但荧光可以穿透到很浅的深度；因此，除非样品非常薄，否则非常强烈的蓝绿色荧光不会引起变色石的体色效果。这与之前提到的塔维涅钻石的变色石效果不同，在塔维涅钻石中，蓝绿色荧光穿透了宝石并导致其体色发生变化。我们的琥珀样品的蓝绿色荧光颜色是表面的。

与材料在日光或日光等效光下反射或透射的体色光相比，紫外荧光通常非常弱，即使紫外荧光非常强。这一说法也适用于蓝色琥珀的绿蓝色荧光。在日光下，表面绿蓝色荧光难以观察到，只能看到黄色至棕橙红色的体色。通常将蓝色琥珀放在黑色背景下时，可以观察到表面荧光。黑色背景限制了光反射，增强了荧光。

乌萨姆巴拉效应

样品 2 的一面被抛光成楔形，以显示不同厚度下的颜色变化。随着厚度的增加，样品 2 的截止波长移向更长的波长，其透射颜色从黄色变为红色（图 12）。样品较薄时色调为黄色，随着厚度的增加变为棕橙色红色。

表1给出了样品2在CIE标准光源A下，色温为2856K，在CIELAB颜色空间中厚度与色调角的计算关系，该色温代表观察透射色时使用的白炽灯（Wyszecki and Stiles，2000）。其中，琥珀厚度为1mm，其色调角为88.1°，色度为33.4。88.1°色调角代表黄色，33.4色度代表中等饱和度。随着厚度的增加，色调角变小，色度变高。当厚度达到7mm时，色调角降低到76.7°，色度达到最大饱和度75.0。这个色调角和色度代表高饱和度的橙色。当厚度达到25毫米时，色调角减小到62.8°，观察结果为橙红色调，色度则变为55.1，代表中高饱和度。

图 13 显示了 CIE 标准光源 A（2856 K）下蓝色琥珀在 CIELAB 颜色空间中的色调角变化。这些色调角的轨迹是一条闭合曲线，在 CIELAB 颜色空间中色调角变化超过 20°。该轨迹是典型的 Usambara 效应，该效应描述了材料厚度随颜色变化的情况。事实上，我们观察到的许多红色和红棕色琥珀，无论是否带有蓝色荧光，都清楚地显示了 Usambara 效应。随着样品厚度的增加，它们的体色从黄色变为棕橙色或橙棕色、棕红色，甚至红色。

结论

多米尼加共和国和印度尼西亚的蓝色琥珀呈现蓝绿色，这是由紫外线激发的荧光引起的。蓝绿色荧光仅限于表面。原因有两个：(1) 紫外线只能激发琥珀表面的蓝绿色荧光，(2) 琥珀强烈吸收蓝绿色荧光，不允许其深入到表面以下。样品越厚，长波长通光谱的截止波长就会移到更长的波长，蓝绿色荧光只能穿透非常薄的一层琥珀。因此，蓝色荧光只出现在表面。

蓝色琥珀的体色随着厚度的增加而变化：厚度小于 3 毫米的区域为黄色，约 3 至 6 毫米处为橙黄色至橙黄色，6 至 8 毫米处为橙色，而厚度超过 8 毫米处为红橙色和橙红色。