被元素渲染的美丽

美丽的贝壳呈现出五彩斑斓的绚丽光泽，为什么贝壳会有如此多丰富的颜色呢？通过化学研究发现，贝壳的成分有无机物和有机物两种。其中，贝壳的无机成分主要为碳酸钙，其次为氧化钠、二氧化硅、氧化镁及三氧化二铝等，此外还有 10 多种微量和痕量元素，如锶、镁、铝、硅、钾、铁、钙、铷、铅、锌、铜、锰、铬、钒、磷等；贝壳的有机成分中含有天冬氨酸、甘氨酸、谷氨酸等16种氨基酸，并与珍珠中的氨基酸相近。

 贝壳和珍珠是同源物质， 主要成分为碳酸钙和少量有机质和水分。贝壳为平行层状结构，内层具有美丽的珍珠光泽，银白、洁白色，且质地细腻，半透明至不透明，相对硬度为 3～4 ，密度为2.754克 /立方厘米(白碟贝壳)，折光率为1.530～1.685。在长波紫外线上发亮的蓝白色荧光短波下不明显。贝壳的韧性好，易加工和雕琢成各种精美的装饰品和工艺品。用来养殖珍珠的马氏贝、白蝶贝、三角帆蚌贝壳的结构一般分为3层。外层为介壳层，由有机质构成，黑褐色；中层为棱柱层，由平行的方解石棱柱组成；内层为珍珠质，由文石片晶与介壳质构成。鲍贝壳也具有3层结构，但不同于其他贝壳的是方解石呈羽毛状，介壳层较厚且频繁出现在珍珠层间。而真正影响珍珠层晕彩的是珍珠层内部结构的差异。一般的珍珠层都是由许多微细的薄层组成，薄层之间也有少量介壳质薄层分布。许多文石小片晶呈近菱形的六边形晶片，像马赛克拼盘一样有序地排列构成每一珍珠层单层，层与层之间的厚度较均匀。但其珍珠层内部结构不同于其他贝壳及珍珠，每一单层内见到的是极小的球状文石，而不是文石片晶，且伴有空隙。文石小球的直径0.15～0.30厘米。这些文石小球较规则地排列，很像欧泊中规则排列的二氧化硅小球。正是这种结构上的相似性，使鲍贝壳具有类似欧泊变彩的晕彩。 

贝壳与石油 

 对于贝壳的化学成分特征的研究，让人们真正地了解贝壳资源在大自然中存在的深远意义，得以更好地利用贝壳资源。石油，作为现代能源的重要支柱，其形成原因也是科学界研究的未解之谜和研究的热点，目前存在“有机说”和“无机说”两种理论观点。按照传统的“有机说”理论，石油就是古生物的“遗产”，按照传统教科书的说法，在大多数地质学家看来，石油是古代有机物演变而来的，即由史前的海洋动物和藻类尸体经过漫长演化并最终形成。这些史前时代的浮游生物或者藻类，大量被掩埋在海底或者湖底的缺氧环境中，在漫长的年代中，有机体被成岩作用包裹在高温、高压的状态中，首先形成蜡状的油母，而后被进一步加热生成液态或者气态的烃类。由于这些碳氢化合物比附近岩石中的水轻，它们就会向上渗透到附近的岩层中，聚集到一起形成油田。迄今为止，有机成油理论在指导油田的勘探方面发挥了重要作用，目前世界上95%以上的油田，都是在这一理论的指导下发现的。在数亿年的进化过程中，贝壳家族为石油、煤炭、天然气等现代能源的形成也起到了不可忽视的重要作用。在1.4亿年前到6500万年前的白垩纪，海洋里生活着一种群体庞大的厚壳蛤，它们广泛地分布在低纬度温暖的浅海水域。幼体通常待在成年厚壳蛤的背上生长。在幼贝生长的过程中，厚壳蛤会分泌出大量的石灰质来制造贝壳，因此在它们生长生活的地方通常会形成巨大的珊瑚礁，这样也为海洋里的其他生物创造了生活空间，就好像珊瑚虫所做的一样。经过数千万年的沉积、固化，形成了厚达1000多米的巨大地层，这里同时也蕴藏着丰富的石油矿藏。对于石油真正形成的原因科学界也并没有给出明确的答案。

 贝壳复合材料 

 贝壳的主要成分为95%的碳酸钙和少量的壳质素。一般可分为3层，最外层为黑褐色的角质层（壳皮），薄而透明，有防止碳酸侵蚀的作用，由外套膜边缘分泌的壳质素构成；中层为棱柱层（壳层），较厚，由外套膜边缘分泌的棱柱状的方解石构成，外层和中层可扩大贝壳的面积，但不增加厚度；内层为珍珠层（底层），由外套膜整个表面分泌的叶片状霰石（文石）叠成，具有美丽光泽，可随身体增长而加厚。软体动物的贝壳珍珠质是由文石板片(CaCO3)晶体以及少量填充在板片之间的有机质组成的一种天然的复合材料。 

 其文石板片与有机基质交替叠层排列的微结构，以及文石晶体的结晶学取向是珍珠层具有优异的力学性能的重要原因之一。如鲍鱼壳， 在普通的显微镜下面，十字切开的鲍鱼壳看上去是由一层层厚度只有大约0.2毫米的碳酸钙组成的。不过在提高显微倍数后，可以看到每一层碳酸钙又是由更多的每层厚约半微米的层状结构组成的。这些薄层由一排排头尾相接的微型碳酸钙“砖块”组成，并由一种有机糖蛋白胶将它们固定。像砌成花园围墙的砖头一样，这些薄层是互相错开的，每块“砖”码放在另两块头尾相接的“砖”上面。海螺壳的结构更加精细：一排排的微型“砖块”以人字形排列。　　 

 当物体撞击贝壳时，贝壳上可能会出现穿透数层微型“砖块”的直线状裂痕。不过这种破坏最终会由粘住“砖块”的有机胶所化解。裂痕可能会继续存在，但它的位置沿胶粘层有了改变，其宽度也比原先变窄了。这个过程一直继续到碰撞的能量被吸收，壳体停止开裂为止。由于裂痕不能沿直线穿过“砖块”层，贝壳仍然坚固如初。因为贝壳优异的力学性质，人们对它的兴趣更加浓厚，并因此形成了这个领域的仿生学。