春節期間，各種烟花匯演上演（圖1）。 五顏六色的烟花在夜空中綻放，點燃了我們記憶中新年的真實味道。 夜空充滿了燦爛的烟花，我們似乎很難將其與地下“礦井”聯絡起來。 然而，如果沒有各種各樣的礦物，就不會有各種顏色的烟花。
圖1 五顏六色的烟花。
早在隋唐時期，我們的祖先就已經想出了烟花的配方：將一定比例的硝石、碳和硫磺裝進竹筒中，發射到天空中，由於猛烈，可以產生聲音和火焰。 然而，古代的烟花卻是單調的，因為與今天的烟花配方相比，它也缺少了盲目地讓自己變得五顏六色、絢麗的“新增劑”——含有特殊金屬陽離子的鹽化合物。
烟花五顏六色的原理是火焰顏色反應：當不同的金屬離子在火焰中燃燒時，會發生特定波段的電子躍遷，使火焰呈現出不同的顏色（圖2）。 例如，當廚房裡的燃氣灶完全燃燒時，火焰會呈現藍色，但當浸入少許鹽（氯化鈉、NaCl）中時，它會變成亮黃色。 我們也可以根據這個原理猜測原始烟花的顏色：古代沒有額外的新增劑，但硝石的成分是硝酸鉀（kno），所以古代的烟花是紫紅色的！ 對不起，錯誤的答案——因為鉀和鈉在化學上相似，鉀化合物往往不可避免地與一些鈉混合。 鉀燃燒產生的紫色很容易被鈉產生的黃光所掩蓋，因此古代烟花很可能與我們今天最常看到的烟花一樣是黃色的。
圖2 不同金屬的火焰顏色反應。
要看到今天五顏六色的烟花，我們需要新增不同種類的金屬元素; 為了獲得不同型別的金屬元素，我們需要了解，開採不同型別的金屬礦物——鈣（Ca）可以使烟花變成橙紅色，而硫酸鈣礦物石膏（硫酸鈣二水合物，Caso·2ho）是其最常見的工業原料。 在自然界中，石膏通常以稜柱形或纖維狀的形式產生，無色透明（圖3），硬度非常低，用指甲劃傷時會留下劃痕。 在沙漠地區，石膏可以以片狀骨料生產，形成觀賞石，稱為“沙漠玫瑰”（圖4）。 石膏的用途太廣，無論是化肥、建材，還是醫藥，隨處可見。 當然，對於鈣來說，還有很多其他的**，比如：石灰石（碳酸鈣）、白雲石（碳酸鈣鎂）等，就不一一介紹。
圖3 石膏。
圖4 “沙漠玫瑰”觀賞石。
鍶 （SR） 使烟花呈鮮豔的紅色。 它位於元素週期表的下一行，具有與鈣相似的性質。 生產鍶化合物的常見原料也來自其硫酸鹽，天青石（硫酸鍶，SRSO）。 與鍶鹽燃燒時發出的紅光完全不同，青金石因其頗具吸引力的藍色天藍色而得名（圖5）。 “雨後是蔚藍**，這顏色將是未來”，蔚藍原本用來形容雨後晴天開始時天空略顯陰沉的色調; 後來用它來形容具有這種美感的汝窯（圖6）; 近年來，它因在“天青等煙雨”中被誤用而廣為人知（周杰倫的《青花瓷》）。
圖5 青金石晶體簇。
圖6 汝窯青色釉（**來自“故宮博物院”）。
同樣在元素週期表（主組）的同一列中，鋇元素 （ba） 使烟花呈綠色。 不難推測，自然界中生產鋇鹽的原料也是其硫酸鹽礦物重晶石（硫酸鋇，baso）。 重晶石之所以得名，是因為它的比重遠遠超過其他常見礦物：普通岩石的密度通常比水大 2-3 倍; 另一方面，重晶石的效力是水的 4-5 倍。 重晶石在自然界中通常以菱形晶體的形式產生，根據混合的雜質而具有不同的顏色（圖7）。 由於鋇和鈣的相似性質，重晶石也可以形成“沙漠玫瑰”的“鋇”版本（圖8）。
圖7 金色重晶石。
圖8 重晶石“沙漠玫瑰”。
銅 （Cu） 的存在使烟花呈藍綠色，這種顏色類似於自然界中發現的銅的（鹼性）碳酸鹽：藍銅礦（圖 9）和孔雀石（圖 10）。 這兩種礦物因其鮮豔的色彩而在中國古代被用作珍貴的礦物顏料。 《丹青》中的“綠色”是藍銅礦的別稱，“石藍”。 青花瓷的“藍”也應該是這石藍，而不是上面青石的蔚藍。 除了顏料的使用外，藍銅礦和孔雀石這兩種礦物遠不能滿足人類對銅這種重要金屬的需求。 我們目前使用的大部分銅來自銅的各種硫化物，如黃銅礦（CUFES）、斑銅礦（CUFES）、輝銅礦（CUS）、輝銅礦（CUS）、輝銅礦（CUS）、藍銅礦（CUS）等。
圖9 藍銅礦。
圖10 孔雀石。
除上述元素外，錳（紫）、鎘（黃光）、鈷（藍光）等越來越多的元素逐漸被開發出來，並被列入煙花爆竹的材料清單。 為了達到更好的視覺效果，兼顧環保的需要，如今的高階烟花技術還會在配方中加入少量的“工業維生素”——稀土元素。 新增不同的稀土元素可以顯著改變烟花的光學特性：它們可以改變火花的顏色或使其持續很長時間（圖11）。 在2008年北京奧運會上，正是這項新技術產生的烟花給海內外賓客留下了深刻的印象（圖12）。
圖11 銅+稀土元素鐿的火更亮、更持久（根據Memmel等人）。, 2022）
圖12 2008年北京奧運會開幕式上的烟花匯演。
當然，這種稀土烟花的生產也需要使用相應的稀土礦物，如獨居石、巴齊石、磷酸釔（圖13）等。
圖 13 顯示了獨居石、巴龍石、磷酸釔和新報道的新礦物 Nipeiite。
沒有各種礦物，就沒有璀璨的烟花正是大自然豐富多樣的生產資料，讓人類在物質追求之外，嚮往和踐行“美”。 另一方面，我們也應該承擔起保護生態自然的責任：在大地為我們點燃絢麗夜空的同時，我們應該用人類的智慧來保護地球的碧水藍天。
編輯：徐洪喜.
校對：吳淑玉、江淑敏。
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*： 中國科學院地質與地球科學研究所.
編輯：岳岳。