Старцев Р.В.
Тайны Драгоценных камней
ДРАГОЦЕННЫЕ КАМНИ, природные минералы и их искусственные аналоги, используемые для изготовления украшений и художественных изделий. Эти камни характеризуются красивой окраской, высокой твердостью и долговечностью, ярким блеском и игрой. Фактическая цена камня определяется его индивидуальными особенностями, массой, стоимостью огранки, а также меняющейся конъюнктурой рынка, которая зависит от моды, рекламы и ряда других факторов. После огранки, полировки и закрепления в оправе драгоценный камень становится главной частью ювелирного изделия.
Драгоценные (ювелирные) камни изучает наука геммология. Наряду с ювелирными существуют т.н. ювелирно-поделочные и поделочные камни, из которых помимо ювелирных украшений изготавливают и более крупные камнерезные изделия. В число этих камней помимо минералов входят и некоторые горные породы (например, яшма, родонит, лазурит и др.). С доисторических времен человека привлекали необычные камни, во многих древних культурах им приписывали сверхъестественные свойства, использовали как амулеты, охраняющие от злых духов и способствующие исцелению, или как талисманы, приносящие удачу, успех в делах, победу в войне. Например, в Древнем Египте вырезанный из лазурита или сердолика жук скарабей считался символом бессмертия души. На драгоценных камнях гравировались молитвы, заклинания, они играли важную роль в религиозных ритуалах. Печати, вырезанные на камне, в древности заменяли личную подпись. Искусно гравированные на драгоценных камнях сцены из жизни и быта народов Древней Греции и Рима позволяют узнать интересные детали, касающиеся истории и культуры античного Средиземноморья. Ранняя форма искусства резьбы по драгоценному камню (глиптика) представлена инталией (резной камень с углубленным изображением). Около 300 до н.э. появились камеи – резные камни с выпуклым, рельефным изображением. Материалом для камей обыкновенно служили многослойный оникс или агат, иногда раковины. Некоторые драгоценные камни стоили столь дорого, что являлись признанным средством обмена, ценными дипломатическими подарками, скреплявшими мир, или служили причиной раздоров и войн (особенно если речь шла об обладании копями, где добывались камни). Нередко могущество правящих династий зиждилось на их сокровищах. Финикийцы отправлялись на кораблях в страны Балтии в поисках янтаря. Рубин, альмандин, аметист, берилл стали известны в Европе после походов Александра Македонского в страны Азии. Индейцы доколумбовой Америки добывали изумруды, в изобилии появившиеся в Испании, Португалии, Германии вслед за колонизацией Колумбии, Перу, Мексики.
Природа драгоценных камней. Большинство драгоценных камней представляют собой минералы, т.е. однородные природные химические соединения, имеющие определенный состав и кристаллическую структуру, от которой зависят форма кристаллов и их свойства. Среди почти 4000 минеральных видов к драгоценным камням относится только около 100. В качестве ювелирно-поделочных камней используются природные вулканические стекла (например, обсидиан), относящиеся к горным породам. Четыре ювелирных камня – жемчуг, коралл, янтарь и гагат – имеют органическое происхождение, они образованы живыми организмами – растениями или животными. Наконец, ювелирные камни могут быть искусственными, созданными человеком. Деление ювелирных камней на драгоценные и полудрагоценные ныне устарело и вышло из употребления.
В соответствии с кристаллической структурой и химическим составом ювелирные камни группируются в несколько семейств. Такое свойство минералов, как окраска, часто зависит от примесей элементов-хромофоров (Cr, Fe, Ti, V, Mn и др.), поэтому даже незначительное изменение химического состава приводит к появлению разных окрасок у минералов одного и того же вида. Например, к разновидностям корунда относят и рубин и сапфир, которые идентичны по всем свойствам, кроме цвета, – рубин густо-красный, а классический сапфир васильково-синий. Ныне к сапфирам помимо синих относят прозрачные корунды любого цвета, кроме красного, т.е. зеленые, желтые, фиолетовые, оранжевые, розовые. Весьма обширна группа кварца, включающая прозрачные кристаллические разновидности (горный хрусталь, аметист, цитрин, розовый и дымчатый кварц) и тонкокристаллические (халцедон, сердолик, хризопраз, агат и оникс), а также такие необычайные разновидности кварца с включениями посторонних минералов, как авантюрин, тигровый глаз, волосатик и др.
Ювелирные камни классифицируются по химическому составу, от которого в сочетании с кристаллической структурой зависят их свойства. Ювелирные камни диагностируются по цвету, форме кристаллов, плотности, твердости, оптическим и другим физическом свойствам и по химическому составу. Для облегчения диагностики и сокращения времени используют справочники, содержащие перечни ювелирных камней с характеристикой их свойств и наглядные таблицы. Одни свойства, например цвет, устанавливаются легко, для определения других – требуются специальные физические приборы, при помощи которых измеряются оптические характеристики камней. Свойства некоторых ювелирных камней наиболее ярко проявляются лишь после их огранки. Многим традиционным ювелирным камням присущи великолепные природные кристаллы, т.н. «цветы мира минералов». В реальной практике в наши дни к ювелирным относят прозрачные хорошо образованные кристаллы очень многих минералов, ранее не относившихся к этим «аристократам» мира камней. См. также КРИСТАЛЛЫ И КРИСТАЛЛОГРАФИЯ; МИНЕРАЛЫ И МИНЕРАЛОГИЯ.
За небольшим исключением все ювелирные камни – кристаллические вещества, в которых атомы образуют регулярную кристаллическую решетку. Кристаллы минералов часто настолько индивидуальны и четко выражены, что их можно быстро определить, имея элементарные знания в области кристаллографии. У некристаллических, или аморфных, ювелирных камней, таких, например, как янтарь или гагат, атомы слагающих их элементов располагаются беспорядочно.
Каждый из кристаллических минералов, в том числе и драгоценных камней, относится к одной из семи кристаллографических систем (сингоний). К кубической сингонии относятся кристаллы алмаза, шпинели, граната и лазурита, отличающиеся высокой симметрией. Важнейший представитель тетрагональной сингонии – ювелирный циркон. В гексагональной сингонии кристаллизуются бериллы (изумруд, аквамарин, гелиодор), в тригональной – корунды (рубин и сапфир), турмалин, ювелирные разновидности кварца (горный хрусталь, аметист, цитрин и др.), в ромбической – топаз, хризоберилл (александрит и цимофан) и хризолит, в моноклинной – кунцит, ставролит, бразилианит, лабрадорит и родонит, в триклинной – дистен. Ювелирные камни любой сингонии могут образовывать двойники срастания и прорастания.
Химический состав. Большинство ювелирных камней представлены минералами, которые классифицируются главным образом в соответствии с входящими в их состав химическими элементами или их соединениями, например, алмаз состоит из одного элемента – углерода, а турмалин представлен сложным соединением многих элементов. Главный химический элемент драгоценных камней – кислород, на следующем месте по распространенности стоят кремний, алюминий и кальций. Самую многочисленную группу образуют силикаты, включающие топаз, циркон, гранат, берилл, полевые шпаты, турмалин, жад, оливин (хризолит) и многие другие минералы. Некоторые ювелирные камни, такие, как корунд и кварц, являются простыми оксидами; шпинель и хризоберилл – сложные оксиды. Пирит относится к сульфидам, бирюза – к фосфатам, флюорит – к галогенидам, смитсонит, кальцит и арагонит – к карбонатам. Жемчуг и коралл сложены также в основном карбонатами; гагат и янтарь состоят из углеводородов или смол.
Цвет многих драгоценных камней обусловлен химическими примесями – незначительными количествами некоторых металлов-хромофоров, которые не находят отражения в химических формулах, но тем не менее определяют ценность и красоту драгоценных камней в бóльшей мере, чем другие факторы. Элементы-примеси, окрашивающие минералы, лучше всего определяются оптическими методами.
Большинство подлинных драгоценных камней весьма устойчивы к химическому воздействию, и поэтому их красота долговечна и надежна. Такие драгоценные камни, как жемчуг, гранат и бирюза, требуют специального ухода, так как масла и жиры, некоторые кислоты и едкие щелочи оказывают на них вредное воздействие.
Химические методы для проверки ограненных драгоценных камней применяются редко, они используются только для диагностики необработанных камней и их обломков. Капля соляной кислоты, от которой вскипает и шипит природный карбонат, позволяет распознать обычный кальцит, проданный под торговым названием «мексиканский оникс». Бирюза может быть идентифицирована смачиванием соляной кислотой нижней поверхности камня: если кислота оставляет тусклое пятно, которое становится ярко-синим при добавлении нашатырного спирта, то испытуемый образец представляет собой настоящую бирюзу, а не ее имитацию.
Содержание химических элементов в драгоценных камнях одной и той же группы может варьировать, вследствие чего между ними часто существуют постепенные переходы без изменения кристаллической структуры. Например, отдельные минеральные виды группы граната связаны взаимными переходами. Различие в содержании и природе агента, отвечающего за окраску, обусловливает отнесение драгоценного камня к той или иной его разновидности. Например, рубин может постепенно переходить в розовый сапфир. Некоторые драгоценные камни, такие, как благородные корунды и шпинель, ювелирный топаз и хризолит, связаны переходами с их недрагоценными разновидностями. При полном замещении первоначального природного вещества новообразованным возникает псевдоморфоза и происходит полное изменение состава при сохранении первоначальной внешней формы. Ярким примером псевдоморфозы служит окаменелое дерево, в котором халцедон (разновидность кварца) или опал замещают древесину с сохранением ее волокнистого строения и даже годичных колец.
Физические свойства обусловлены кристаллической структурой и химическим составом драгоценных камней. Наиболее важное значение имеют оптические свойства драгоценных камней.
Ощущение. При прикосновении некоторые минералы создают определенное «ощущение». Например, очень мягкий агрегат талька – стеатит (мыльный камень) кажется на ощупь мыльным, поверхность полированного топаза – скользкой.
Плотность. Различия в плотности драгоценных камней обусловлены разными атомными массами слагающих их элементов, величиной частиц (атомов, ионов) и различной плотностью их упаковки. Например, циркон тяжелее равновеликого алмаза, т.е. имеет бóльшую плотность. Один из самых тяжелых ювелирных минералов – оксид олова касситерит (7,0–6,8), а самый легкий – янтарь (1,05–1,09). Плотность минералов определяется их взвешиванием сначала в воздухе, а затем в воде; масса в воздухе, деленная на потерю массы в воде, представляет собой плотность.
Удобнее плотность минералов определять при помощи тяжелых жидкостей различной плотности, в которых драгоценный камень плавает на поверхности, если он легче жидкости, остается во взвешенном состоянии, если у него такая же плотность, или погружается, если тяжелее ее. Несколько таких жидкостей можно поместить в одну диффузную колонку, в которой самая тяжелая жидкость образует придонный слой. Драгоценные камни задерживаются в сосуде на разных уровнях соответственно своей плотности. Для сравнения используются эталонные минералы с известной плотностью.
Стандартной единицей массы на рынке драгоценных камней служит метрический карат. Первоначально он соответствовал стандартной массе семени рожкового дерева (200 мг), распространенного в Средиземноморье. Карат подразделяется на 100 долей. Масса более ценных ювелирных камней при коммерческих операциях определяется в каратах, менее ценных – в граммах, пеннивейтах (1 пеннивейт 24 грана 1,5552 г) и унциях (28,3 г). Некоторые ограненные камни оцениваются по величине, измеряемой в миллиметрах. Жемчужина массой в четверть карата служит единицей измерения для оценки товарного жемчуга.
Твердость определяется по сопротивлению минерала царапанию. Чем тверже драгоценный камень, тем выше качество его полировки и тем он красивее и долговечнее. У твердых камней электронные связи между атомами более прочные. Твердость – весьма постоянный и надежный показатель, широко используемый для диагностики минералов (но он не всегда применим к драгоценным камням, так как их грани могут быть повреждены при царапании).
Обычно твердость драгоценных камней и прочих минералов оценивают по шкале Мооса (см. МИНЕРАЛЫ И МИНЕРАЛОГИЯ). Твердость алмаза, самого твердого из всех веществ, оценивается в 10 баллов. Каждый минерал этой шкалы царапает предыдущий минерал и в свою очередь царапается следующим. Кварц с твердостью 7 по шкале Мооса служит границей между твердыми и мягкими ювелирными камнями. Поскольку песок и частицы взвешенной в воздухе пыли состоят преимущественно из кварца, то поверхность найденных камней с меньшей твердостью, так же, как и старинных обработанных камней с твердостью меньшей, чем у него, обычно бывает исцарапана и затерта. Соответственно мягкие камни лучше подходят для изготовления ожерелий и брошей, чем для изготовления перстней и браслетов. Блеск потускневших со временем драгоценных камней можно восстановить повторной полировкой.
Прочность. В отличие от твердости, вязкость минерала определяется сопротивлением раскалыванию. Сочетание твердости и вязкости обусловливает его прочность, которая зависит от сил сцепления, т.е. взаимного электрического притяжения ионов в кристаллической структуре драгоценного камня. Некоторые относительно твердые камни (например, циркон) царапаются с трудом, но очень хрупки и легко растрескиваются или крошатся. Другие, такие, как жад, который не тверже кварца, весьма прочны, и их очень трудно расколоть или разрезать из-за высокой вязкости. Долговечность камня определяется его прочностью и устойчивостью к химическому воздействию.
Спайность. Способность минерала расщепляться или раскалываться вдоль одного или нескольких направлений, соответствующих наиболее слабым межатомным связям в структуре, называется спайностью. Плоскости спайности обычно параллельны возможным граням кристалла и часто распознаются по ступенчатым сколам на поверхности или по параллельным трещинам внутри кристалла. Выявление этого свойства облегчает диагностику, и его необходимо учитывать при огранке драгоценного камня.
Существует несколько степеней совершенства спайности соответственно характеру ее проявления в кристалле. Например, алмаз и флюорит имеют совершенную спайность по октаэдру. Это означает, что раскалывание происходит параллельно граням октаэдра с образованием спайных выколков октаэдрической формы, ограниченных гладкими ровными плоскостями. Совершенная спайность облегчает огранку алмазов и некоторых других драгоценных камней, которые легко раскалываются по плоскостям спайности. В других случаях (топаз, кунцит) она сильно затрудняет обработку.
Отдельностью (или ложной спайностью) называют способность некоторых кристаллов раскалываться в определенных направлениях, часто совпадающих с плоскостями срастания двойников. Поверхности отдельности в кристалле менее совершенны, и интервалы между ними обычно больше.
Поверхность раскола, произошедшего не по спайности или отдельности (т.е. не согласно с кристаллической структурой камня), называется изломом. Этот термин применяется при описании поверхности раскалывания всех аморфных драгоценных камней, хотя кристаллические минералы также могут быть охарактеризованы определенным изломом в дополнение к указанию на наличие спайности. В зависимости от внешнего вида поверхности излома различают несколько его типов: раковистый, ступенчатый, неровный, занозистый, крючковатый и др.
Электризация и полярность. Некоторые драгоценные камни проявляют электрическую полярность. Она обнаруживается по их способности притягивать или отталкивать легкие предметы (например, кусочки бумаги) после того, как эти камни нагреваются трением или на солнечном свету. Уже в 600 до н.э. было замечено, что янтарь, если его энергично потереть, начинает притягивать тонкие волокна шерсти. Топаз и некоторые другие драгоценные камни также проявляют это свойство в процессе полировки. Турмалин при сжатии или нагревании приобретает положительный или отрицательный заряды, которые возникают одновременно на противоположных концах его кристаллов. Это явление называется прямым пьезоэлектрическим эффектом.
Обратным пьезоэлектрическим эффектом называют изменение объема кристалла под воздействием электрического поля. Кристаллы некоторых минералов, например турмалина и кварца, настолько чувствительны к изменению электрического напряжения, что в электрическом поле начинают вибрировать с высокой и постоянной частотой. На этом основано их использование в радиоэлектронике и в кварцевых часах.
Оптические свойства.
Цвет. Исследование оптических свойств самоцветов – один из важнейших аспектов геммологии, поскольку эффект воздействия света на драгоценный камень определяет его красоту. Из всех оптических свойств цвет, пожалуй, имеет наибольшее значение, особенно для непрозрачных камней, а привлекательность прозрачных камней зависит от их «игры», цвета и блеска. Цвет служит важным диагностическим признаком, позволяющим различать драгоценные камни. Однако иногда два совершенно разных минерала имеют одинаковую окраску. До возникновения научной геммологии драгоценные камни распознавали только по цвету – все красные камни считали карбункулами или рубинами, а зеленые обычно относили к изумрудам, невзирая на их происхождение и состав.
Непрозрачные минералы часто можно различить по цвету черты, т.е. следа, который они оставляют, если провести камнем по неглазурованной фарфоровой пластинке (бисквиту). Например, гематит оставляет яркую красновато-коричневую (вишневую) черту, а пирит – черную с зеленоватым или коричневым оттенком.
Природа окраски минералов окончательно не выяснена. Известно, что в ряде случаев цвет обусловлен химическим составом самоцвета или примесями некоторых химических элементов-хромофоров (Cr, Fe, Mn, V, Ti и др.). В последнем случае механизм появления той или иной окраски не всегда ясен, поскольку один и тот же химический элемент окрашивает разные драгоценные камни в различные цвета. Например, примесь хрома делает рубин красным, а изумруд зеленым. На окраску также влияет нарушение (дефекты) атомной структуры минерала под воздействием радиоактивного облучения.
Белый цвет образован смешением всех цветов радуги, составляющих спектр. Когда свет падает на прозрачный драгоценный камень, он частично отражается от поверхности, частично поглощается, а частично проходит насквозь.
Цвет, воспринимаемый глазом, зависит от того, в какой степени и какие части электромагнитного оптического спектра поглощаются или пропускаются. Камень будет выглядеть черным, если свет полностью поглощается; бесцветный камень пропускает все части спектра. Окрашенный камень поглощает какую-то часть видимого спектра, приобретая при этом цвет, дополнительный к поглощенному (например, изумруд поглощает красные лучи и сам становится зеленым).
Блеск обусловлен отражением света от поверхности минерала. Доля отраженного света зависит от природы камня и от направления падения света. Если свет падает перпендикулярно, отражается лишь его небольшая часть, при малых углах падения отражается значительно бóльшая доля света. Твердые, хорошо отполированные драгоценные камни имеют более яркий блеск по сравнению с мягкими. У необработанных камней блеск слабее. Смачивание поверхности или полировка усиливают блеск камня и выявляют его истинный цвет, так как при этом отражается больше света. В минералогии и геммологии различают следующие типы блеска: алмазный (у алмаза, циркона, сфалерита), алмазовидный (слабее алмазного, но сильнее стеклянного – у корундов), стеклянный (у берилла, топаза, гранатов и многих других ювелирных камней), восковой (у бирюзы), шелковистый (у минералов с волокнистым строением, например, у селенита), перламутровый (у жемчуга), металлический (у непрозрачных ювелирных камней металловидного облика, например, пирита и гематита), смоляной (у янтаря), жирный (у стеатита).
Светопреломление. Луч, входящий внутрь прозрачного минерала, преломляется, так как скорость его распространения становится меньше, чем в воздухе, причем она уменьшается тем сильнее, чем больше оптическая плотность камня. Показатель преломления минерала (степень отклонения луча света от перпендикулярного направления) измеряется при помощи рефрактометра и математически выражается отношением скоростей распространения света в минерале и в пустоте. Алмаз имеет весьма высокий показатель преломления. Свет, выходящий из камня, тоже преломляется, ведь он покидает оптически более плотную среду и вновь попадает в воздух.
Если камни, имеющие высокий показатель преломления, огранены правильно, световые лучи изгибаются таким образом, что в конечном счете преломляются и снова выходят через их верхнюю часть, а не теряются, уходя через нижнюю. Это усиливает блеск ограненного камня. Величина показателя преломления является специфическим признаком каждого минерала (в том числе и драгоценного камня) и способствует его надежной диагностике. Преломление таких минералов, как алмаз, титанит, циркон, гранаты андрадит и демантоид, нельзя измерить на обычном дифрактометре – их блеск слишком сильный и значение показателей преломления находится за пределами его шкалы. При вхождении белого света в драгоценный камень происходит не только его преломление, но и разложение на различные цвета спектра, так как каждый из цветных лучей, из которых слагается белый свет (красный, оранжевый, голубой, зеленый и др.), преломляется по-разному и на выходе из кристалла луч белого цвета «расщепляется» на все цвета радуги. Это явление называется «игрой» камня, «огнем» или дисперсией. У алмаза величина дисперсии примерно такая же, как у демантоида или титанита, но его «огонь» кажется гораздо ярче, так как у бесцветных камней «игра» заметнее. Один поворот бриллианта вызывает целый сноп радужных искр. Все прозрачные минералы (за исключением минералов кубической сингонии и аморфных) разделяют свет на два по-разному отклоняющихся луча. Такое явление называется двойным лучепреломлением, или двупреломлением. При этом, если смотреть сквозь ограненный камень, видно, что ребра задних фасетов как бы раздваиваются. У титанита двупреломление выражено столь сильно, что его можно наблюдать невооруженным глазом, у оливина – хризолита и циркона – с помощью лупы. Для наблюдения этого эффекта у других драгоценных камней требуется микроскоп.
Некоторые химические элементы-примеси, присутствующие в составе ювелирного камня, поглощают часть световых лучей и таким образом затемняют отдельные участки светового спектра. Поглощенная часть света может быть определена посредством спектроскопа, в котором части спектра, соответствующие поглощенным лучам, представлены темными вертикальными полосами или линиями. Каждому химическому элементу соответствует характерное расположение и сочетание полос, представляющее его спектр поглощения.
Дихроизм. Эффект двуцветности (дихроизма) наблюдается у ряда ювелирных камней, характеризующихся наличием двойного лучепреломления при изменении их ориентировки относительно луча зрения. Перемена цвета становится заметной, если поворачивать кристалл либо рассматривать его то сквозь верхние, то сквозь боковые грани. Это свойство усиливает очарование камня и его привлекательность, например, у турмалина дихроизм настолько силен, что его можно наблюдать без помощи дихроскопа (прибора, усиливающего эффект дихроизма; оба цвета можно видеть в нем рядом, в пределах единого поля зрения). Для некоторых драгоценных камней испытание на дихроизм – один из наиболее наглядных методов диагностики. Например, рубин сразу выделяется среди других красных камней по наличию двух четко выраженных оттенков красного цвета.
Поляризация. Кристаллы драгоценных камней поляризуют проходящий свет, вызывая колебания его волн в направлении, перпендикулярном пути светового луча. Часть света, отражаясь от полированной поверхности камня, поляризуется в зависимости от угла падения.
В камнях с двойным лучепреломлением свет поляризуется полностью (за исключением лучей, распространяющихся вдоль оптических осей, т.е. направлений в кристалле, в которых двупреломление отсутствует). Каждый из двух лучей, возникших в результате двупреломления, проходит в разных направлениях, и световые волны этих лучей колеблются почти взаимоперпендикулярно. Каждое направление колебаний характеризуется разным поглощением цвета, что и обусловливает дихроизм. Знание характера поляризации света в минерале необходимо для его квалифицированной огранки, выявляющей выигрышный цвет.
Астеризм. Эффект звездчатости, свойственный лишь немногим драгоценным камням, называется астеризмом. Он обусловлен отражением (дифракцией) света от включений в камне, ориентированных вдоль определенных кристаллографических направлений. Лучшими примерами служат звездчатый сапфир и звездчатый рубин. В минералах волокнистого строения, таких, как кошачий глаз, наблюдается полоска света, меняющая свое положение при повороте камня (переливчатость). Игра света в опале или сияющие павлиньи цвета лабрадорита объясняются интерференцией света, т.е. смешением световых лучей при их отражении от слоев регулярно уложенных шариков кремнезема (опал) или от тончайших пластинчатых кристаллических вростков (лабрадорит, лунный камень).
Люминесценция наблюдается у ряда драгоценных камней: под воздействием ультрафиолетового излучения они начинают светиться, причем совсем другим цветом, нежели при дневном свете. Если свечение происходит только в течение того времени, когда драгоценный камень освещен ультрафиолетовыми лучами, это явление называется флуоресценцией; если же он продолжает светиться в течение некоторого времени после прекращение воздействия ультрафиолетового излучения – фосфоресценцией.
Люминесценция драгоценного камня, так же как и окраска, обусловлена присутствием в нем примесей (активаторов). Поскольку камни из различных месторождений содержат разные примеси и в разных количествах, флуоресценция не всегда может служить надежным диагностическим признаком.
Подавляющее большинство алмазов флуоресцируют. Например, алмазы из ЮАР обычно характеризуются небесно-голубым свечением. Флуоресценция жемчуга зависит от химического состава воды, в которой он вырос. Отчетливо флуоресцируют янтарь (обычно в голубовато-белых тонах) и многие опалы. Уникальная особенность жада заключается в том, что сразу после обработки он флуоресцирует значительно ярче, чем старые изделия. Рубин (особенно из Мьянмы и Шри-Ланки) и некоторые другие драгоценные камни флуоресцируют на обычном солнечном свету. Это свойство весьма усиливает привлекательность рубина и отличает его от прочих красных камней.
Происхождение драгоценных камней. Существует множество путей образования драгоценных камней в природе. Некоторые из них возникли в результате мощных горообразовательных процессов, включающих тектонические движения, землетрясения и вулканические извержения. Другие являются продуктами осаждения из вод минеральных источников или медленного захоронения древних лесов.
Почти все драгоценные камни ассоциируют с определенными горными породами земной коры, подразделяющимися на три главных типа: изверженные (магматические), осадочные и метаморфические. Изверженные породы образуются при остывании магмы в недрах Земли либо на ее поверхности из лавы, излившейся по трещинам или вулканическим жерлам. В процессе медленного остывания и затвердевания магмы по мере того, как повышается концентрация веществ, растворенных в расплаве, начинают расти кристаллы минералов. Если эти процессы протекают на больших глубинах, кристаллы могут достигать значительных размеров, если на поверхности, то они обычно невелики, так как лава затвердевает очень быстро. Крупные кристаллы правильной формы вырастают в полостях и открытых трещинах, где у них достаточно свободного пространства для роста.
Часть магмы, затвердевающая в последнюю очередь и обогащенная парами и газами, образует пегматиты. Структура пегматитов чрезвычайно неравномерна, нередко в них присутствуют гигантские кристаллы массой в несколько тонн и длиной в десятки метров. Мощные выходы молочно-белого кварца – хороший поисковый признак на пегматиты, в которых такой кварц часто слагает центральные зоны. Пегматитовые жилы – один из важнейших типов месторождений ювелирных камней и главный первичный источник лунного камня, розового и дымчатого кварца, берилла и сподумена (кунцита). Пегматиты с драгоценными камнями приурочены к кислым изверженным породам, богатым кремнеземом. Минералы, не содержащие кремнезема, такие, как алмаз, рубин, сапфир и шпинель, кристаллизуются в основных и ультраосновных породах.
Все горные породы испытывают воздействие агентов эрозии (воды, ветра и льда). Продукты выветривания переносятся в форме обломков, песка и алеврита. Этот обломочный материал отлагается в виде пластов или покровов. В ходе геологической истории осадки уплотняются и цементируются, превращаясь в осадочные породы. Главные их типы – песчаники, сланцы, известняки и конгломераты. Пустоты в осадочных породах могут служить сокровищницами горного хрусталя, декоративного кальцита и флюорита.
Под воздействием высокой температуры, давления или химических реакций как изверженные, так и осадочные породы преобразуются в метаморфические, которые, в свою очередь, выветриваются и снова образуют осадочные породы. К метаморфическим породам бывают приурочены жад, лазурит и гранат.
Добыча драгоценных камней из коренных пород ведется с помощью подземных горных выработок или открытыми карьерами. Камни, освобожденные из материнской породы в результате процессов эрозии, а затем снесенные и переотложенные водными потоками, формируют россыпные месторождения, которые разрабатываются путем ручной промывки или с помощью драг. Такие месторождения обычно рентабельны в эксплуатации. Например, галечные россыпи Шри-Ланки славятся своими сапфирами, рубинами и шпинелью. Прибрежно-океанические россыпи на западном побережье Африки (в Намибии) весьма богаты алмазами, и для их извлечения промывают многие тонны песка. На балтийском побережье прибоем намывается янтарь.
В россыпях встречаются полые желваки, стенки которых сложены плотным халцедоном и выстланы изнутри кристаллами. Подобные образования, называющиеся жеодами, – поистине природные шкатулки с сюрпризами, ведь снаружи жеода выглядит как обычный валун и ничем не примечательна. Только если расколоть жеоду, можно увидеть красивые скрывающиеся в ней кристаллы драгоценных камней. В жеодах были найдены великолепные экземпляры аметистов. Такие желваки, обычно размером в 10–15 см в поперечнике, образуются чаще всего в известняках, реже – в сланцах или глинистых осадках. При выветривании они высвобождаются из материнской породы и поступают в россыпи. Опал, халцедон и агат часто формируются в пустотах – газовых пузырях базальтовых и андезитовых лав; лучшие австралийские опалы связаны с корами выветривания. Бирюза встречается в районах с сухим жарким климатом и образуется вблизи поверхности при участии просачивающихся растворов, отлагаясь в трещиноватых породах. Оливин настолько чувствителен к атмосферным воздействиям, что встречается в неизмененном виде только в свежих невыветрелых породах. В метеоритах обнаружены два драгоценных камня – алмаз и оливин-хризолит. Для роста кораллов необходимы морские воды с постоянной температурой. Они развиваются на глубинах не более 20 м.
Окаменелая древесина образуется, когда полностью погребенные деревья на протяжении тысячелетий постепенно пропитываются минеральными растворами и их первичные растительные волокна замещаются минеральным веществом. Янтарь – это смола древних хвойных деревьев; нередко он содержит включения прекрасно сохранившихся насекомых. Гагат, близкий по составу и происхождению к обычному каменному углю, отличается от него более плотным сложением.
Распространение драгоценных камней. Долгое время полагали, что красивые драгоценные камни образуются только в условиях тропического климата, потому что лучшие драгоценные камни в прошлом поступали из Индии, Бирмы и Цейлона. Затем это представление было опровергнуто геологами, показавшими, что климат не имеет никакого отношения к качеству драгоценных камней, так как большинство камней образуется в недрах Земли.
На протяжении многих веков Восток славился драгоценными камнями. Индия была первым крупным источником алмазов, которые добываются там до сих пор; на ее территории обнаружены также рубин, сапфир и другие камни. Почти все важнейшие виды ювелирных камней, за исключением алмаза, встречаются в Шри-Ланке, которую китайцы называют «островом драгоценных камней». Лучшие в мире рубины поступают из Мьянмы. Более половины мировой добычи сапфиров приходится на Индокитай, хотя большинство самых крупных камней происходит из Индии. Много сапфиров добывается в Мьянме и Шри-Ланке, из которой поступает преимущественно звездчатый сапфир. Шпинель, обычно ассоциирующая с драгоценными корундами, добывается в Таиланде, Шри-Ланке и Мьянме. Жад привозят по большей части из Мьянмы, значительное его количество поставляет также Китай. На огромных просторах азиатской части России добывается множество ювелирных камней: якутские алмазы, забайкальские аквамарины, топазы, саянский нефрит, байкальский лазурит. Каменными сокровищами богат Урал: там распространены изумруды, хризоберилл, аметисты, горный хрусталь, яшма, малахит, демантоид и многие другие драгоценные камни.
В Афганистане уже более 6000 лет действуют копи по добыче высококачественного лазурита, которые посещал еще Марко Поло. Лучшая по качеству бирюза, служившая эталоном этого камня, добывается с давних пор в Иране (персидская бирюза). Остров Зебергед в Красном море долгое время был единственным местом, откуда поступал ювелирный оливин – хризолит. В последние годы осваивается хризолит (перидот) из алмазоносных кимберлитов Сибири и ЮАР. Австралия славится месторождениями благородного опала (Новый Южный Уэльс, Южная Австралия и Квинсленд), густо-синих сапфиров и богатыми промыслами природного жемчуга. Лидирующий производитель культивированного жемчуга – Япония, которая также ведет добычу благородного коралла, горного хрусталя и аметиста. ЮАР располагает самыми крупными в мире алмазными рудниками. Попутно там добываются и некоторые другие драгоценные камни. С острова Мадагаскар поступают самый красивый в мире турмалин, редкая розовая разновидность берилла – морганит и прекрасный горный хрусталь.
В Европе имеется ряд известных месторождений драгоценных камней: янтаря на Балтийском побережье, опала в Венгрии, пиропа в Чехии, благородного коралла в прибрежных водах Италии, агатов в Германии, хризопраза в Польше, горного хрусталя в Швейцарии, топазов и бериллов на Украине.
Очень богата драгоценными камнями Южная Америка. Особо следует упомянуть алмазы Бразилии, откуда поступают также топаз, аквамарин и бóльшая часть аметиста и цитрина. Агатами славятся Бразилия и Уругвай. Лучшие в мире изумруды добывают в Колумбии. Чили поставляет значительные количества лазурита. Мексика служит главным источником огненного опала и весьма редкого прозрачного сфалерита (практически половина мирового производства), а также поделочных камней, например таких, как мексиканский оникс.
В США разнообразными драгоценными камнями богаты штаты Мэн, Калифорния, Колорадо и Северная Каролина. Мэн – единственный штат, где добываются кристаллы фиолетового апатита, кроме того, там добывают гранаты, содалит и великолепные турмалины. Наибольшее разнообразие драгоценных камней установлено в Калифорнии, славящейся турмалином, жадом и минералами семейства кварца. Близ вершины горы Антеро (высота ок. 4300 м) в Колорадо, занимающего одно из первых мест по запасам драгоценных камней (топаз, турмалин, кунцит, бирюза, дымчатый кварц, поделочный алебастр), расположено самое высокогорное в Северной Америке месторождение отборных аквамаринов. В Северной Каролине обнаружены в небольшом количестве сапфир, изумруд, аквамарин и аметист, а также уникальные проявления гидденита (зеленая разновидность драгоценного сподумена); здесь же впервые был найден родолит (розовая разновидность граната).
Арканзас занимает ведущее место в США по добыче кристаллов кварца, кроме того, там расположен единственный в Северной Америке источник алмазов. Находки ярко-синего сапфира и мохового агата известны из Монтаны. Южная Дакота поставляет розовый кварц, Невада – бирюзу и великолепный черный опал. Аризона славится такими драгоценными камнями, как бирюза и хризоколла (в их состав входит медь), а также камнями из семейства кварца, среди которых выделяются прекрасные образцы окаменелого дерева различных окрасок. Большое количество жада ежегодно вывозится из Аляски; известны также жады Вайоминга. Орегон занимает первое место (в стоимостном выражении) по добыче ювелирных камней (в основном агатов) в США. Впрочем, агаты и другие драгоценные камни семейства кварца обнаружены во всех западных штатах. Из Канады поступают прекрасное окаменелое дерево, содалит и жад, а также лабрадорит.
ОБРАБОТКА ЮВЕЛИРНЫХ КАМНЕЙ
Гранильное искусство включает огранку и полировку ювелирных камней (рис. 1, 2). Их обработка подразделяется на изготовление кабошонов, собственно огранку (фасетную) и гравирование, или резьбу по камню. Кабошон – наиболее древний и простой способ обработки: верхней части камня придается округленная форма. Фасетная огранка (от франц. facette – грань), заключается в нанесении на камень определенного количества плоских гладких граней. Этот процесс требует математической точности и большого мастерства. Гравированные камни (или геммы) подразделяются на интальи с углубленным изображением и камеи с выпуклым рельефом (рис. 3, 4).
Фасетная огранка используется главным образом для прозрачных камней с ярким блеском, таких, как алмаз и изумруд; при этом лучше выявляется их сокровенная красота и достигается максимальная игра света. Непрозрачные и полупрозрачные камни обычно обрабатывают в виде кабошона, из них изготавливают также бусины округлой или цилиндрической формы.
Искусство симметричной огранки алмазов развивалось веками, начиная от простой полировки естественных граней кристалла и кончая современной американской бриллиантовой огранкой, которая максимально усиливает природные достоинства этого камня (рис. 5, 6). Окрашенным драгоценным камням, таким, как изумруд, рубин и сапфир, придается ступенчатая огранка – квадратная или прямоугольная. Огранка алмазов – совершенно особый вид обработки, развившийся в самостоятельную отрасль индустрии, поскольку чрезвычайно высокая твердость алмаза требует специальных навыков и применения гранильных станков и технических устройств (рис. 7), которые не нужны при обработке более мягких ювелирных камней.
ИСКУССТВЕННЫЕ ЮВЕЛИРНЫЕ КАМНИ
Изготовление заменителей драгоценных камней известно с глубокой древности. Египтяне преуспели в имитации некоторых камней (например, лазурита); римляне изготавливали в больших количествах искусственный жемчуг. Одно время в Европе в большой моде были стеклянные имитации драгоценных камней, называемые стразами. В наши дни драгоценные камни и некоторые используемые в технике минералы получают искусственным путем.
Существует пять типов искусственных ювелирных камней: 1) культивированный жемчуг, выращенный в результате искусственного внедрения в тело устрицы-жемчужницы инородного предмета; 2) натуральные камни, внешний вид которых (например, цвет) специально улучшен (облагорожен) для повышения стоимости; 3) составные драгоценные камни (дублеты, триплеты), изготовленные из нескольких фрагментов и имеющие в результате этого бóльшие размеры и цену; 4) синтетический материал, воспроизводящий оптические и другие физические свойства природного минерала и его химический состав; 5) имитация драгоценного камня, изготовленная искусственным путем и только внешне напоминающая природный драгоценный камень.
Культивированный жемчуг. В Китае уже в 13 в. получали культивированный жемчуг, помещая маленькую фигурку Будды между створкой раковины и мантией пресноводного моллюска. Это вызывало раздражение, и моллюск старался залечить травму, обволакивая мешающий предмет слоем жемчуга. В 1894 в Японии начались эксперименты, в ходе которых перламутровые шарики прикреплялись изнутри к створке раковины жемчужницы, где образовывался жемчуг в виде полусферы (блистер). Круглый жемчуг, полученный подобным способом, впервые появился на лондонском рынке в 1921.
Новообразованная (естественным путем) часть культивированной жемчужины обычно очень тонка. После просверливания такой жемчужины в нее иногда добавляется розовый краситель. Рентгеновский метод позволяет отличить культивированный жемчуг от натурального, но опытный торговец драгоценными камнями в большинстве случаев может их различить и по внешнему виду.
Облагороженные ювелирные камни. Хотя внешний облик многих ювелирных камней может быть изменен путем химического, термического или радиоактивного воздействия, лишь немногие из них систематически облагораживают в коммерчески значимых количествах. В Германии окрашивают агат и другие разновидности халцедона. В Бразилии кристаллы дымчатого кварца и аметиста подвергают термообработке, превращая их в цитрин от светло-желтого до густого золотисто-оранжевого цвета. Такие камни поступают на рынок под названиями «бразильский топаз», «мадейра-топаз» и др.
В Таиланде из коричневых цирконов методом термообработки получают бесцветные, напоминающие алмаз камни – голубые (старлит) и золотистые (жаргон). Аквамарин для увеличения интенсивности окраски нагревают. Алмазы для придания им зеленого цвета облучают на циклотроне (хотя не редкость и природные зеленые алмазы). Предпринимаются разнообразные попытки улучшить или восстановить цвет бирюзы.
Составные камни. Сочетания природных или природных и искусственных драгоценных камней в одном камне появились на рынке уже несколько столетий назад. Слой драгоценного камня, например черного опала, обычно встречающегося в виде тонких прожилков, наклеивался на прочную основу. Чтобы мягкий минерал выдержал испытание на твердость, поверх него прикреплялся слой кварца или граната путем наклеивания или наплавления до или после огранки. Трехслойный «сандвич», состоящий из пластинок кварца и зеленого стекла между ними, в течение долгого времени успешно выдавался за изумруд.
Составные драгоценные камни распознают путем разделения склеенных фрагментов в кипящей воде, спирте и хлороформе либо по различию в окраске составных частей, видимых на боковой стороне камня, а также по выявлению поверхности соприкосновения разных частей такого камня при погружении его в жидкость. Это главный метод разоблачения подобных подделок.
Искусственные драгоценные камни. Химический состав и физические свойства синтетического минерала и его природного аналога практически одинаковы. Только еле уловимые особенности структуры или небольшие отличия в свойствах позволяют различить искусственный аналог и природный драгоценный камень. Во всем мире методы их различения едва успевают за прогрессом в изготовлении синтетических камней.
Первые попытки получить искусственный рубин из природного корунда относятся к 1883, однако существенный прорыв в области синтеза драгоценных камней произошел в 1902, когда французский химик О.Вернейль разработал способ получения синтетических рубинов. Метод Вернейля до сих пор применяется для производства синтетических корундов (рубина и сапфира) и шпинели. Они идут не только на изготовление украшений, но и на часовые камни, опоры измерительных приборов и другие технические цели.
Исходная шихта – прокаленные квасцы или порошок глинозема и красящий агент – подаются в перевернутую кислородно-водородную горелку. Тонкозернистый порошок плавится и накапливается на грушевидном кристалле с округлым верхом, который называется булей. Этим методом получают относительно недорогой синтетический рубин (окрашенный оксидом хрома) и сапфир (окрашенный различными оксидами титана и железа) в Швейцарии, Франции, Германии, США и России. Производят также синтетические звездчатые рубины и сапфиры. Шестилучевые звезды получают путем введения избытка оксида титана, который при понижении температуры выделяется в виде ориентированных иголочек рутила. Эти иголочки в отражают свет таким образом, что возникает эффект астеризма. Выпускаются также рубиновые цилиндрические стержни, что делает опорные камни для часов и приборостроения более дешевыми. Рубиновые стержни послужили материалом для первых твердотельных лазеров.
При попытке синтезировать в лаборатории синий сапфир Вернейль для более равномерного распределения кобальтово-синей окраски добавил в исходное сырье магний. Однако при этом вместо корунда получилась синяя синтетическая шпинель. Були обоих соединений производят в промышленных масштабах и придают им самые разнообразные привлекательные окраски. В печи Вернейля можно также изготовить синтетический рутил и синтетический титанат стронция – материал с качествами драгоценного камня, практически не имеющий природного аналога. Эти вещества соперничают или даже превосходят по блеску алмаз, но уступают в твердости. В качестве имитации алмаза успешно используют также гранатиты (искусственные кристаллы редкоземельных элементов со структурой граната), ниобат лития (линобат) и, наконец, самый лучший заменитель алмаза фианит – кубический диоксид циркония, впервые полученный в Физическом институте АН СССР (ФИАНе).
Попытки синтеза изумруда в Европе были предприняты еще в 1880-х годах, однако вплоть до 1935 монополистом в этой области был К.Чэтем из Сан-Франциско, который использовал процесс гидротермального выращивания кристаллов изумруда на затравках из природных бериллов. Высококачественные изумруды в настоящее время выращивают и в России.
В 1955 ученые компании «Дженерал электрик» синтезировали мелкие технические алмазы, а в 1970 Г.Стронг и Р.Уэнторф из той же компании синтезировали алмазы ювелирного качества массой более одного карата в условиях очень высоких температур и давлений. В аппарат для синтеза в качестве катализатора, ускоряющего рост алмазов, вводились железо или никель. На Украине и в России производство технических алмазов осуществляется в промышленных масштабах.
Другие минералы, например кварц, синтезируются в больших количествах и используются не столько в ювелирном деле, сколько в технике. Кварц, например, применяется для стабилизации длин радиоволн и частоты колебаний на линиях телефонной связи и в радарах.
Подделка драгоценных камней. Для подделки драгоценных камней в основном используют стекло, напоминающее при беглом взгляде драгоценные камни, но отличающееся от них по физическим свойствам. Для изготовления фальшивых бриллиантов используются металлическая фольга или покрытия из ртути либо пигмента. Подделки янтаря и гагата изготавливают из пластмассы, а бирюзы – из фарфора. Инталии из нержавеющей стали несколько напоминают подлинные, вырезанные на гематите, но поверхность изображений у них совершенно гладкая, в отличие от резкого углубленного рельефа гравировки, выполненной вручную.
ЛИТЕРАТУРА
Банк Г. В мире самоцветов. М., 1979
Киевленко Е.Я. Геология месторождений драгоценных камней. М., 1982
Андерсон Б. Определение драгоценных камней. М., 1983
Смит Г. Драгоценные камни. М., 1984
Корнилов Н.И., Солодова Ю.П. Ювелирные камни. М., 1986
Рид П. Геммологический словарь. Л., 1986
Шуман В. Мир камня, т. 2. М., 1986
Куликов Б.Ф., Буканов В.В. Словарь камней-самоцветов. Л., 1988
Здорик Т.Б., Фельдман Л.Г. Минералы и горные породы, т. 1. М., 1998
Дюдя Р., Рэйл Л. Мир драгоценных камней. М., 1998
