乌桑巴拉效应

整理/刘富康

乌桑巴拉效应（Usambara effect）是指，随着光线通过宝石的路径长度的增大，宝石的色调发生变化的特殊现象。

1849年，Haidinger在使用二色镜观察具有三色性的金绿宝石时发现：在日光下，被观察的金绿宝石的三色性为不同种类的绿色；在灯光下，它的三色性为橘黄色（最浅）、祖母绿色（最深）以及红紫色。当显示红紫色时，在宝石较薄的部分为带有紫色调的绿色，在宝石较厚的部分为红紫色。

1961年，Webster在观察一种来自坦桑尼亚的深绿色碧玺时发现，在较薄的部位是绿色，在较厚的部位为红色。当使用二色镜观察时，在较薄的部位有较强的二色性，分别为浅绿色和深绿色；在较厚的部位，为浅红色和深红色。

1997年，Halvorsen A等人研究来自坦桑尼亚东部Umba Valley的含铬的绿色碧玺时发现，在透射光下，碧玺最薄的一端呈现绿色，最厚的一端为红色；并发现相同厚度的碧玺在富含红光的强光照明下比冷光源光纤灯的照明下红色更深。

后来还有学者在石榴石中发现了乌桑巴拉效应，作为光性均质体，石榴石是没有二色性的，这说明乌桑巴拉效应与二色性是宝石两种不同的性质，但是这种现象通常被错认为宝石的二色性或者变色效应。除此之外，柱晶石、堇青石、绿帘石、红柱石等宝石也可发生这种效应。

乌桑巴拉效应的出现是由于宝石中存在一定量的铬元素，使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。根据Lambert法则：

其中Io表示进入宝石的光的强度，I(z)表示穿过厚度为z、吸收系数为a的宝石的光的强度。

如果Io变为1/2 Io，z变为2z，那么I(z)就会变为1/4 I(z)。

宝石的厚度越大，那么通过宝石的光的路程就更长，也就是光程更长。随着光程的增加，透光能力总体上是逐渐减弱的，随着光路长度增大，绿区透光率减小的速度逐渐大于红区，同时观察者视网膜上接收彩色画面的红、绿、蓝三色视锥细胞的数量并不均等，其中绿色的视锥细胞最多，红色次之，所以人眼对于绿光的敏感度大于红光。随着宝石厚度的增加，人眼看到的色调从绿色变为红色。

这种现象在宝石中不是很常见，但是在有机染料领域却是很常见。有学者发现叶绿素也有这种效应：使用透射光照射叶绿素的丙酮溶液，如果溶液仅有薄薄一层则呈现绿色，如果溶液深度增加将会显示红色。鉴于叶绿素具有这种性质，如果使透射光穿过2～3片绿叶来观察具有usambara效应的绿色碧玺时，就可能观察到红色。