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Volume 25 Issue 4
Jul.  2023
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Article Contents
Abstract
1.   产地背景
2.   样品及测试方法
3.   分析结果
4.   讨论
5.   结论
致谢
References
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SHI Guanghai, DAI Lili, WANG Yan, LIANG Huan, XING Biqian. Micro-Characteristic of "Briny" Root-Amber from Myanmar versus Beeswax-Amber from the Baltic Sea and Their Significance[J]. Journal of Gems & Gemmology, 2023, 25(4): 42-49. DOI: 10.15964/j.cnki.027jgg.2023.04.004
Citation: SHI Guanghai, DAI Lili, WANG Yan, LIANG Huan, XING Biqian. Micro-Characteristic of "Briny" Root-Amber from Myanmar versus Beeswax-Amber from the Baltic Sea and Their Significance[J]. Journal of Gems & Gemmology, 2023, 25(4): 42-49. DOI: 10.15964/j.cnki.027jgg.2023.04.004
shu

Micro-Characteristic of "Briny" Root-Amber from Myanmar versus Beeswax-Amber from the Baltic Sea and Their Significance

  • 1.

    State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China

  • 2.

    School of Gemmology, China University of Geosciences, Beijing 100083, China

  • 3.

    Beijing Youzhuju Network Technology Co., Ltd., Beijing 101299, China

  • 4.

    Beijing 101 Middle School Shiyou Campus, Beijing 100083, China

  • 5.

    National Institute of Education Sciences, Beijing 100088, China

More Information
  • Received Date: March 18, 2023
    Graphical Abstract
    • Abstract
  • Root-amber is one of the many varieties of amber from Myanmar, which is translucent to opaque with greasy lustre. Although the varied textures resemble tree roots, most amber lack of the regular tree patterns or annual rings. Thus, its pattern and origin often leave people with a sense of mystery. Preliminary analysis by scanning electron microscope revealed the presence of rounded spherical bubbles on the internal surface of root-amber from Myanmar, which varied in diameter from 0.1 μm to 1.5 μm, and the percentage of volume occupied by the bubbles was about 6% vol. A cubic halite crystal was found in almost every bubble inside. Features above suggest that the sap that formed the amber was once in a high temperature, high salinity environment, providing an important basis for the lagoon environment in which it was preserved. Such characteristics of bubbles in Myanmar root-amber share some similarities with Baltic beeswax-amber in terms of internal characteristics, but its transparency is significantly inferior to that of the latter. The diameter of the bubbles in Baltic white beeswax-amber ranges from 0.1 μm to 0.3 μm (pores account for 7% vol.), which is much smaller than the fine particles of 1.0 μm in diameter. One micron corresponds to 12 500 mesh, which reaches the particle size level of dust that presents white colour if the mineral is transparent. According to the principle that transparent mineral streaks are basically white, we believe that the white colour of the white beeswax amber is presented by the dense air bubbles of very small diameter (100-300 nm), not the real amber substance colour, and identify this as the white beeswax-amber phenomenon. The mechanism of coloration of root-amber from Myanmar is partially comparable to that of white beeswax-amber from Baltic, and its lower transparency may be attributed to the NaCl crystals that also contained inside. The discovery of small and dense (about 7% vol.) bubbles in white beeswax-amber also explains why white beeswax-amber is more readily able to release its rosin odor when it is rubbed, as these fine bubbles burst easily and release their odor when rubbed. The larger diameter (5.0-10.0 μm) and lower density of bubbles (about 1% vol.) in yellow beeswax-amber suggest that the bubbles only have a significant effect on its transparency and not on its body colour. Combining the above characteristics, it is suggested that it is probably more appropriate to change the name of Myanmar "root-amber" to "root beeswax-amber".
    • FullText(HTML)

  • 琥珀是一种不可再生的天然有机宝石，主要产出于波罗的海沿岸国家、缅甸、多米尼加、墨西哥等[1]。其形成受内部成分与结构以及外部环境的共同影响，故蕴含丰富的古生物、古气候、古地理等信息[2]，上述影响因素的不同造就了不同产地不同类型琥珀在宝石学特征、产状、价值等方面的差异[1]。当前琥珀研究主要应用谱学研究方法，主要研究内容集中在探究不同产地琥珀的产地鉴别特征[3-6]、导致不同品种琥珀外观差异的因素(例如蓝珀[7]和血珀[8])、琥珀自然老化的影响因素与过程[9]、琥珀中内含物的特征及其意义[10]、以及琥珀及其仿制品的鉴别[11]等。在众多琥珀产地中，缅甸琥珀兼备突出的科研价值和商业价值，具有重要的研究意义。

    缅甸琥珀色泽独特、品类繁多，且部分包裹着珍稀的白垩纪动植物化石[12-15]，具有很高的研究价值以及市场潜力。缅甸琥珀(包括根珀)是Ib类琥珀，植物来源可能是南洋杉科(Araucariaceae)古植物，其主要化学成分为具有“规则构型”的半日花烷型双萜化合物的聚合物，不含琥珀酸(丁二酸)[6]。缅甸琥珀矿床有两千多年的开采和使用历史，与缅甸翡翠一样，称其为一个超大型的琥珀矿床，一点也不为过。缅甸琥珀中的昆虫组合及软体动物(菊石)说明其形成于白垩纪，锆石U-Pb测年相关研究认为其形成年龄约为(98.79 ± 0.62)Ma [16]。由于形成于此时代或者之前的琥珀，或者规模小，或者品质差等原因，并没有形成可用于工艺、装饰、首饰等材料。

    缅甸根珀(图 1)是缅甸琥珀众多品种里的一类，其珀质油润、半透明-不透明，纹理多样、因其类似树根的质感或者还有其他可能存在的原由，在琥珀贸易中被冠以“根珀”之名。然而，其纹理虽类似树根，但很少见树纹或者树木年轮的规律样式(图 1)，故其样式及成因常给人们以神秘之感。由于深受琥珀爱好者的喜爱，人们对其特征的认识和成因的分析的需要变得更加迫切。在分析过程中，发现根珀内部有大量的气泡，与波罗的海蜜蜡内部有气泡这一特征相似。

    Figure  1.  Pendant made of root-amber from Myanmar, size 62 × 86 ×23 mm, 66.11 g, front(a) and back(b); and another root-amber from Myanmar, size 138 × 82× 14 mm, 73.68 g, front(c) and back(d)
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    缅甸琥珀矿区位于缅甸克钦邦Hukawng Valley(胡康谷)。胡康谷东西长约50千米，南北长约80千米，四面环山。琥珀矿区位于Tanai镇西南约20千米的Noije Bum“榕树山”山肩上(26°15′N，96°34′E)[16-17]。琥珀矿区岩石为呈灰色、灰绿和蓝绿色调的火山碎屑岩和泥岩，包含石灰岩薄层以及丰富碳质。缅甸琥珀常出现在细碎屑沉积相中，呈浑圆状或中部宽厚-边部变窄的锥状，直径几毫米至几厘米，含有草莓状黄铁矿。Cruickshank等[17]依据围岩特征，推测围岩沉积环境可能为河口或者潟湖相。

    缅甸琥珀可呈金色、棕红色至红色，内部常见白色方解石细脉(宽度可为1~5 mm)，其透明度可从透明、半透明至不透明。较为少见的缅甸根珀为半透明-不透明，颜色白色-黑色不等，某种程度上与波罗的海蜜蜡在外观上有一定的相似性。笔者在本文中所研究的波罗的海蜜蜡产状为海珀，为半透明-不透明，颜色可呈白色、黄色、棕黄色等，在本次研究中，将其作为缅甸琥珀对比样品进行分析。

    2.1   样品特征

    本次研究在众多样品中选取了1块缅甸根珀样品MA-4及2块用于对比分析、产于波罗的海的黄色和白色蜜蜡样品(图 2)，其样品特征列于表 1。

    Figure  2.  Amber sample from Myanmar with root-amber (white opaque part) and brown amber (transparent part) (a), and yellow even beeswax-amber (b) and white to light yellowish white uneven beeswax-amber (c) from the Baltic Sea
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    Table  1.  Characteristics of amber samples from Myanmar and the Baltic Sea
    样品号 产地 颜色 描述 相对密度* 紫外荧光
    MA-4 缅甸 根珀白色，琥珀棕-深棕色 板状，部分不透明，棕珀透明 1.04 长波：不均匀强蓝色，条带状，白色部分弱；短波：弱蓝紫色
    BA-02 波罗的海 黄色 半圆珠，半透明，断口贝壳状 1.07 长波：中等黄绿色；短波：弱淡黄色
    BA-03 波罗的海 蜜蜡白色-黄白色，琥珀棕黄色，背面有白皮 块状，具有流纹构造，半透明 1.03 长波：弱黄绿色，白色部分强于黄色部分；短波：惰性
    注：*相对密度采用静水力学法测量，计算结果为单块体相对密度的多次平均值，即不代表其中根珀、蜡的值
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    2.2   测试方法

    使用扫描电子显微镜(SEM)对蜜蜡样品内部特征进行观察。在中国科学院地球与地质物理研究所电子探针与电镜实验室用FEI Nova Nano 450场发射扫描电子显微镜获得放大观察图像，仪器配备英国牛津Aztec能谱仪EBSD一体化系统，X射线能谱仪型号为X-MAXN80。测试条件：加速电压5 kV，面扫描分辨率4k× 4k，镀碳。观察部位为待测样品的新鲜断面，使用导电胶进行导电。其中，选择样品的代表性部位进行观察，即，样品MA-4中根珀偏白，样品BA-02黄蜡相对平坦，样品BA-03中的白蜡部位；观察位置以红点标注于图 2。

    扫描电子显微镜观察显示，缅甸根珀的新鲜断面存在圆球形气孔(图 3a)，其直径变化较大，在0.1~1.5 μm之间。气孔似乎有某种定向排列的规律，气孔所占体积百分数约6% vol.(据网格法估算)。几乎在每个气孔内部，都发现含有一个立方体状的固体(＜0.5 μm；图 3b)。能谱测试结果显示固体的化学成分为NaCl(图 3c)。因观察过程中有荧光干扰，未能在样品的棕色透明部分获得清晰和有信息价值的扫描电子显微镜照片。

    Figure  3.  Bubbles on the surface of root-amber from Myanmar (a), cubic crystals inside the bubbles (b), and energy spectrum of the minerals show that they are halite (NaCl) crystals (c)
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    波罗的海样品BA-02黄蜡中的气孔多为椭球形，且椭球截面长轴方向近于平行，长轴直径为5.0~10.0 μm，气孔所占体积百分数约1% vol. (据网格法估算)，分布相对稀疏(图 4a和图 4b)。

    Figure  4.  Exposed bubbles on the surface of amber from the Baltic Sea: (a, b) sample BA-02; (c, d) sample BA-03
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    波罗的海样品BA-03中白蜡部分发现有分布密集的气孔，气孔所占体积百分数约7% vol. (据网格法估算)。气孔可为稍有变形的圆球形，未见有明显的椭球形状，其直径大小多集中在0.1~0.3 μm之间(图 4c和图 4d)，少数能达到近1 μm(图 4d)。在波罗的海蜜蜡的球形气孔中，没有发现固态物质。透明度高的部位，未能获得清晰和有信息的扫描电子显微镜图片。

    4.1   “有点咸味”的缅甸根珀

    本次研究清晰地揭示出缅甸根珀的白色和不透明外观与波罗的海蜜蜡中黄色、白色部分的内部特征有一定相似性，都是由其内部大量分布的、相对密集的气泡所引起，但有明显的不同。

    在缅甸根珀的偏白部位，气泡细小(0.1~1.5 μm)，且其内部存在NaCl晶体。由于多了一种不同折射率的介质，从光学角度加剧了其不透明感。细小粒状的岩盐(＜0.5 μm)，类似其白色条痕色，这在某种程度上导致某些条带呈现一定的白色感。细小气泡可能也是导致形成白色的一个因素，详细分析请参见本文4.2小节中白色蜜蜡白色分析。目前在对琥珀的认识中，有认为这种不透明者是琥珀沉底的那部分，也有人认为是方解石成分混入琥珀中，再经过长年累月的石化后形成了根珀。本次研究通过扫描电镜分析科学地表明，缅甸根珀的不透明特征，并非琥珀沉底，也非方解石成分混入琥珀中，而是其内存在大量的气泡以及其内有细小岩盐晶体所致。由于放大倍数等原因，已有的扫描放大观察研究(例如涂聪等[18])并没有充分展示出细小气泡及内部盐粒等特征。由此，本次观察对于进一步认识缅甸根珀有重要的宝石学意义。

    几乎所有气孔中含有结晶完整的NaCl晶体的发现，表明缅甸琥珀中气泡是在其被沉积之前所形成，这为其在彼时所处潟湖环境提供了重要依据。目前的研究数据虽然有限，但决非偶然。气泡中存在有完好的NaCl晶体，说明形成琥珀的树汁渗出时/后处于了一个确定的高盐度、高气温变化环境。通常情况下，形成大量气泡往往需要有变化剧烈的温度，盐类结晶则需要有明确的过饱和度。含盐气泡的出现，可以明确揭示形成琥珀的某个阶段其所处位置有一个蒸发量大的相对封闭的湖相环境。故尔，缅甸根珀中的盐类晶体的发现对于研究白垩纪古气候变化、古地质构造运动等也具有重要意义。

    4.2   波罗的海黄色、白色蜜蜡中气泡特征的意义

    波罗的海琥珀极低的氢同位素(δD= -171‰ ~ -213‰)数值[19]反映出树脂石化过程中所处环境为类似于更新世冰川环境的低温环境。其中保存的古动植物包裹体由热带-亚热带种类变为温带种类也暗示了显著的全球低温效应[20](地球表面温度降低平均约4℃)。琥珀热处理相关研究认为高温环境有利于气泡中气体排出[21-22]，持续的低温环境则不利于树脂中的气泡排出。未排出的大量气泡造就了波罗的海蜜蜡的特色和知名度。据此推测波罗的海蜜蜡气泡中气体的封存时间对应于其形成时间，即始新世—渐新世时期，这可能具有重大的古大气、古环境研究意义。

    本次研究在黄色蜜蜡和白色蜜蜡中均发现了特征显著不同的大量气泡群，这很好地解释了蜜蜡呈半透明-不透明外观的原因，也为我们尝试分析波罗的海白色、黄色蜜蜡的呈色原因提供了重要的观察依据。蜜蜡中气泡的存在导致其透明度从琥珀的高透明度，到部分蜜蜡的半透明，到不透明，呈逐渐下降。这个认识，前期研究结论中已有明显的共识[23-24]，在此对其透明度的影响不作赘述，着重分析白色、黄色蜜蜡的呈色。

    关于白色蜜蜡的呈色，我们揭示其可能类同于一个呈色现象，即白色条痕现象。已知一些有色透明矿物，如角闪石、辉石、橄榄石、石榴石等的微粒，在空气中其所呈现的条痕色为白色，即有色透明矿物条痕色是极其细小的、呈现白色的粉末，其单个粉末则呈白色小体。当其粒度大到一定界限，就不再呈现白色，而逐渐呈现其矿物颜色。我们熟知很多白色条痕的矿物，其矿物颜色很多不是无色或者白色。有关白色条痕现象的本质目前还没有很好揭示出来，其现象本身已经广为人知。本次研究的白色蜜蜡中气泡直径为0.12~0.30 μm，远小于12 500目所对应的微粒直径(1.0 μm)。其呈现白色，本质上与矿物白色条痕这种现象有相似性；都细小，都呈白色。不同的是白色条痕矿物的折射率大于其周围空气的，蜜蜡中气泡折射率小于其寄主琥珀的。在此，我们提出一个假设，即白色条痕现象和白色蜜蜡现象的原因是一致的，即均是由呈白色小体而产生的白色，一因其小，二因其与寄主体的折射率存在较大差值，至于是正差还是反差，其结果可能是相似的。这很好地解释了白色蜜蜡的颜色并非其真实体色的色调(例如文献[23])，而是其内直径极小且密集的气泡所呈现的白色这一现象。与白色条痕现象一样，白色蜜蜡现象是一种很重要的致色现象。

    此次分析黄色蜜蜡中气泡长轴直径为5.0~10.0 μm，较白色蜜蜡直径可大约百倍，此外，气泡分布密集程度(~1% vol.)也低很多。这种蜜蜡颜色为黄色，透明度为半透明，说明气泡只对透明度产生了明显影响，对其体色色调影响不明显。由于本次研究白蜡和黄蜡内部气泡直径差别大，在黄色蜜蜡与白色蜜蜡之间是否存在一系列连续的直径变化和一系列因直径连续变化而产生不同色调的蜜蜡呢？要回答这个问题，需要知道是否有不同色调的代表性蜜蜡样品，并收集齐样品开展进一步的工作。通过观察大量的蜜蜡样品，我们发现存在不同色调的代表性蜜蜡样品(图 5)。据此，我们大胆预测：存在一种体色与其气泡直径大小和密集程度对应的关系，即气泡直径越小，越白；越大，其越接近相应琥珀的体色色调；气泡越密集，透明度越低。

    Figure  5.  White beeswax-amber (a), light yellowish white beeswax-amber (b), light yellowish white beeswax-amber wrapped by transparent golden amber (c) and (beeswax-) amber for decoration of various colours and transparency from the Baltic Sea (d)
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    关于在服饰面料上摩擦琥珀和蜜蜡，存在这样一个现象，即，在被摩擦的所有琥珀和蜜蜡中，白色蜜蜡最易且会释放出浓烈的琥珀香气。这一现象，通过本次观察，我们能够给予一个合理的解释，即可能与白色蜜蜡中直径细小且密集的气泡的特征密切相关；这种特征在白色蜜蜡表面同样存在，当其被摩擦时，总有细小气泡被破坏，导致其内气体被释放。这种包裹在琥珀体内千万年的气体，如果不带有浓烈琥珀气味，是不可想象的。

    此外，缅甸根珀内部含有大量的气泡这一特征，与波罗的海蜜蜡有一定的相似度，符合蜜蜡的内部与外观特征。有鉴于此，加之其相似的外观特征，将缅甸根珀更名为“根蜜蜡”或许更为合适。

    (1) 缅甸根珀中含有气泡，气泡中存在自形程度完好的NaCl晶体，说明形成琥珀的树脂可能曾处于一个确定的高气温变化、高盐度环境。

    (2) 白色蜜蜡中有大量细小且密集气泡的特征，是其白色的致色原因。与白色条痕现象一样，白色蜜蜡现象是一种很重要的致色现象。

    (3) 白色蜜蜡中有大量细小且密集气泡的特征，很好地解释了在服饰面料上摩擦琥珀和蜜蜡时，白色蜜蜡最易且会释放出浓烈的琥珀香气。

    (4) 缅甸根珀内部含有大量的气泡，与波罗的海蜜蜡有一定的相似度，符合蜜蜡的内部与外观特征。加之其外观特征，或许将缅甸根珀更名为“根蜜蜡”更为合适。

    根珀照片由陈作江先生提供；样品测试过程中得到了中国科学院地质与地球物理研究所电子探针与电镜实验室杨赛红老师的帮助；在论文修改过程中，匿名审稿人提出的建设性修改意见和建议帮助我们提高了本文质量，在此一并感谢！

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