단백석(Opal, 蛋白石) - 유색효과(游色效果, Play of Color)

단백석 내의 유색효과(play of color)는 여러 가지의 요소들에 의해서 좌우된다: 규토 구(silica sphere)의 직경, 구의 균일성과 정렬, 입사광의 각도, 관찰자의 각도 그리고 돌의 방위(orientation). 1960 년대의 전자와 주사전자(scanning-electron) 현미경들은 그 사이에서 산재되어 있는 물을 지닌 극미(microscope)의 규토 구들이 단백석(SiO₂nH₂O)를 만든다는 것을 밝혔다. 각각, 직경이 150 에서 300 나노미터(nanometer,10 억분의 1 m, nm)정도인 이 구들에 부딪친 빛은 회절(diffract)하거나 약간 구부러진다. 중첩된 광파에 의한 간섭(interference)은 일부 색들을 강화시키며 다른 색들은 약화시킨다. 그러므로, 회절(diffraction)과 간섭(interference)의 조합이 단백석 색들을 일으킨다. 300 nm 보다 크거나 또는 150 nm보다 작은 또는 비정형의 크기, 형상 또는 정렬의 구들에서는 뒤범벅이 된 검정색 또는 백색의 빛을 보게 된다; 그런 단백석을 포취(potch)라고 한다.

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Mintabie산의 검정색 포취(상부) 내의 형상과 정돈이 결여된 규토 구들을 주목하자. 그에 비해서, 백색 포취(왼쪽)에는 뚜렷한 구들이 나타나 있지만, 그것들은 아직 정연하게 정렬되어 있지 않다. 두 사진 모두 40,000 배로 확대되었다.

Coober Pedy의 귀단백석(오른쪽)에서, 구들은 거의 완벽하게 정렬되어 있다. 20,000 배.

규토 구들의 열(row)들이 다른 각도들로 교차하면, 색이 변하는 경계를 보게 된다. 20,000 배.

직경이 약 300 나노미터인 작은 규토 구들이 고른 공간의 층들 안에서 대칭적인 열들을 이루면서 정렬되면(오른쪽), 강한 적색과 그 밖의 모든 가시적인 색들을 볼 수 있다. 40,000 배.

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유색(color play) 내의 이동을 보기 위하여, 사진기의 각도와 광원을 일정하게 하면서, 관찰할 때 마다 같은 단백석을 90° 로 돌렸다. 관찰자 방위(orientation)의 변화는 감지되는 색들에 영향을 준다.

모든 색들과 가시광선의 파장들의 혼합인 백색광(white light)가 단백석 내의 규토 구들에 비쳐진다. 규토 구들의 직경이 약 300 nm이면, 관찰자는 적색에서 황색, 녹색, 청색까지 가능한 모든 색들을 보게 된다.

규토 구들의 직경이 약 150 에서 200 nm이면, 관찰자는 녹색과 청색만을 보게 된다.