节气
《水墨丹青》（节选）
老先生讲墨分五色
不同色调不同的用法
还要配以上等丹青而作画
泉中水墨丹青
花瓣落地也有声
探寻“丹”与“青”的真面目
丹，丹沙也。青，青雘也。
丹沙，今之朱沙也。青雘，今之空青也。
由此可知，丹指丹砂，青指青雘（音“霍”），它们是古代常用的两种可作颜料的矿物。它们分别代表什么颜色？
丹，指丹砂，又名朱砂，它是一种深红色的矿物质，古人称之为辰砂。在我国古代，朱砂因其独特的颜色以及特性，被广泛应用于书画和印章领域，其化学成分为硫化汞，是一种低温热液硫化物矿物，化学式为HgS，晶体属三方晶系。
有关朱砂的形成，其实是一个复杂而漫长的地质过程。朱砂作为一种矿物，来源于地球的深处。地壳中存在着各种岩石和矿物，其中就有含汞的矿物质，在一定的温度和压力条件下，与含硫的物质发生反应产生硫化汞，即朱砂的主要成分。
其具体形成过程为：天然硫化汞产于地壳岩层中，在地壳运动过程中，含汞量较高的底层环境发生断裂，上地幔岩浆沿裂隙向上涌动，当汞遇到温度极高的岩浆时，就气化为气态汞，沿裂隙向上填充，裂隙填满后停止运动，与地表层中的硫磺发生反应，最终形成了硫化汞矿床。硫化汞在岩层中形成，在岩层上方必须要有高黏土质作为一个盖层，就像我们蒸馒头需要一个盖儿，把气捂上，否则气跑了。相对稳定的大环境和相对封闭的接触面小环境为含矿流体汇聚、圈存封闭、长期驻留以致成岩成矿提供了条件。
青，则指的是青雘，又称石青，是制作青蓝色系颜料的主要矿物，学名叫蓝铜矿，晶体属单斜晶系。颜色常呈深蓝色，条痕浅蓝色，玻璃光泽，透明至半透明。蓝铜矿的蓝色都是矿物本身之色，这种颜色是致色元素与矿物晶体构架对特定波长光线做出特定吸收与反射的结果。
天然蓝铜矿产于铜矿场氧化带中，是岩石中含铜元素的水溶液和石灰岩相互作用，经过氧化、蚀变产生的一种富水碱式碳酸铜，因此，青雘可作为寻找原生铜矿的标志。
孔雀石，又称绿铜矿，也是一种碱式碳酸铜盐，石青（青雘）和石绿（孔雀石）紧密共生，被人们称为赏石界的孪生姐妹。当温度增高时，蓝铜矿易转变成孔雀石。当季节干燥时，并在足够数量的条件下，石绿（孔雀石）可转变为石青（青雘），因此蓝铜矿分布没有孔雀石广泛。
当铜矿氧化层处在地下封闭、干燥、二氧化碳丰足的生成环境时，孔雀石会转化为蓝铜矿；若生成环境不具备上述条件，蓝铜矿就会转变为孔雀石。这种可逆性互生关系，在自然界矿物群体中非常奇异、罕见。有时，在矿层岩石中，还会出现二者的单晶体共生在一起，造就出一半是蓝铜矿晶体，另一半是孔雀石晶体的精美晶簇。
古代朱砂除了用于书画外，还有许多人用此炼丹，这其中又蕴含着怎样的科学密码呢？
这其实是古代提炼水银的方法。古人在含有丹砂成分的矿石中提炼水银，在高温加热条件下，硫化汞受热分解：HgS=Hg+S，分解后产生的单质汞和单质硫未及时进行分离，冷却后，单质汞与单质硫相互接触发生化学反应，又转化成黑色的硫化汞，再在密闭容器中调节温度，便升华为赤红色的结晶硫化汞。采用硫化汞制水银，东晋炼丹家葛洪是最早详细记录这一反应的人。
朱砂在我国有着很深的文化底蕴，中华文化上下五千年，朱砂文化贯穿其中。最早用朱砂制作丹药的是秦始皇，为炼制成长生不老药。在如今的秦兵马俑仍可见其上有朱砂的红色色泽。东汉之后，炼丹术逐渐开始得到发展，到了晋朝时期，朱砂文化更是发展达到鼎盛，晋朝丹药盛行，很多文人墨客、达官贵人都以服丹药为荣，引以为豪。其中人们炼的丹药的主要成分就是“朱砂”，之前的炼丹师也被视为最早的化学家。
古代作画并不是单一的黑色，也有许多彩色的颜料，这些颜料都是由什么做成的呢？
除了文中写到的“丹”“青”两种矿物质作为古代人用于创作书画的颜料外，还有许多其他矿石颜料。
如“雌黄”，参观博物馆会发现，在我国古代绘画作品中，黄色是常用的一种颜色，这一色彩多由雌黄实现。雌黄是一种深橙黄色硫化砷矿物，多存在于火山喷气孔、低温热液脉和温泉中。雌黄还被用作古人的“修正液”，沈括曾在《梦溪笔谈》中比较四种抹改错字的方法：刮洗错字，但此举会令纸张受损；贴纸条遮蔽，则容易脱落；用粉涂抹，遮瑕效果不佳；唯独雌黄最有效，一涂就把错字遮去，更不易剥落。后逐渐衍生为现如今的“信口雌黄”来形容那些不顾事实的言论。
许多书画作品历经千年，仍能看到作品上鲜艳的红章，这是由于什么所致呢？
这一点曾引起了考古学家的关注，在研究和测定之后，考古学家发现在古代颜料中大多加有铅白，铅白长期暴露在空气中容易与空气中少量的 H₂S生成PbS，从而颜色逐渐变黑。但是古代的印泥中多是用朱砂和麻油搅拌而成，硫化汞（朱砂的主要成分）的化学性质非常稳定，即便在太阳下长期暴晒也不会变色，并且能够耐酸、耐碱，因此其不易在空气中发生化学反应，所以即使存放了上千年，也能够保持原本红润的朱红色。
周杰伦的歌曲《青花瓷》有一句，“天青色等烟雨，而我在等你”，这里的“青”与本首歌曲中的“青”是同样的颜料吗？
相传一日宋徽宗睡觉时，梦到了雨过天晴后的天空，醒来后念念不忘，便写下“雨过天青云破处，这般颜色做将来”。这便是“天青色”之说的由来。因此，“天青色”指雨过天晴后，天空自然显现的一种“天蓝色”。而古人没有比色卡，烧制陶瓷时就以天青色作为参照颜色。
青花瓷的“青”指蓝色，不是青雘，它是用含氧化钴的钴矿为原料，经高温还原焰一次烧成，钴料烧成后呈蓝色。当烧制温度在1050℃～1100℃时，釉料中的含铁矿物未能充分溶解于釉层的玻璃态物质中，而形成大量钙长石晶簇，釉色呈月白色。当烧成温度提升到1150℃～1200℃时，釉料进一步熔融，釉色就从月白色逐步变成淡粉青、粉青和卵青色。
另外，汝窑青花瓷的天青色的形成条件：除了使用氧化钴作原料外，还需要空气达到一定的湿度。古人无法控制湿度，想要较高的湿度，只能等空气湿度大的烟雨天时候出炉，釉色才会渐变成梦幻般的天青色。
在这样苛刻的条件下，才能烧制出上等的青花瓷。所以，雨过天青般的瓷器是非常稀少而昂贵的，都是要上贡的，放在如今，市场价不下百万。我们也能领会到歌词“天青色等烟雨”的意境，这并非仅仅是在等“烟雨”，更是在等那千古珍品“青花瓷”。
《水墨丹青》这首具有中国传统文化内涵的歌
通过优美的歌词以及古筝、琵琶等传统乐器演奏
展现了中国画的韵味和诗词的意境
传达出一种宁静深远的美感
让人们仿佛置身于一幅幅水墨画中
*内容节选自图书《歌曲中的科学 : 化学探秘》中的《矿物颜料中的中国传统文化之美》（科学普及出版社出版）。
作 者：徐 海 中南大学教授，博士生导师
特约编辑：杜凡如
责 编： 刘洞天
审 核： 张敬一
值班编委：王董瑞
带上她的眼睛｜科学夜读
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