Оптические
эффекты в кристаллах минералов и
драгоценных камней
Многие минералы могут
обладать определенными оптическими эффектами, которые обусловлены
особенностями преломления световых лучей при их прохождении через
кристалл. Среди
наиболее значимых можно выделить:
•Александритовый эффект
- изменение видимой окраски минерала в зависимости от характера
освещения. Минералы с таким эффектом демонстрируют один цветовой
оттенок при естественном освещении и совершенно иной - при
искусственном свете. Самый яркий представитель этого феномена -
александрит, меняющий свою окраску от зелёной (при дневном солнечном
освещении) до вишнёво-красной или фиолетово-красной (при
искусственном). Чем сильнее изменение цвета, тем ценнее камень.
Аналогичный эффект известен также у
некоторых корундов, шпинели, гранатов, кианита, флюорита, зелёных
хризобериллов.
•Астеризм (назв. от
греч. aster - "звезда") - оптический эффект в кристаллах некоторых
минералов, состоящий в появлении звёздообразной фигуры при освещении
скола или среза кристалла; наиболее хорошо наблюдаем в камнях,
обработанных с образованием сферической или другой выпуклой
криволинейной поверхности (кабошонах).
Астеризм проявляется в корундах, шпинелях, некоторых кварцах,
бериллах, диопсиде (четырехлучевая звезда), гранатах (альмандин,
демантоид) некоторых слюдах. Основной причиной, обуславливающей
астеризм, является наличие в кристалле игольчатых включений,
ориентированных параллельно главным кристаллографическим осям.
Толщина таких включений близка к длине волны видимого света, и они
образуют несколько систем, в каждой из которых включения
ориентированы параллельно, а углы между включениями разных систем
соответствуют углам между кристаллографическими осями.
В результате дифракции света на решётках таких микровключений при
освещении кристалла наблюдается группа пересекающихся в одной точке
светящихся полос - «звезда»; количество лучей звезды зависит от
симметрии кристалла. Для кристаллов кубической сингонии (шпинели)
две взаимно перпендикулярные системы включений образуют две полосы,
то есть четырёхлучевую звезду, у кристаллов гексагональной
сингонии (берилл) или у тригональных псевдогексагональных (корунды),
- три системы включений образуют три полосы, то есть шестилучевую
звезду. В кристаллах диопсида и энстатита причиной астеризма
являются включения магнетита.
В корундах (рубин, сапфир) в качестве таких микровключений чаще
всего выступают игольчатые микрокристаллы рутила (в рубинах это
обычно системы тонких полых канальцев), образующие три системы, в
каждой из которых микрокристаллы не только взаимно параллельны, но и
ориентированы параллельно базальной плоскости. В некоторых случаях в
корундах встречается и двенадцатилучевой астеризм: в этом случае в
кристалле корунда присутствует две суперсистемы микровключений:
внутри каждой из них микровключения образуют три нормальные системы,
как в корундах с шестилучевым астеризмом, и эти суперсистемы
повёрнуты на угол 30° друг относительно друга, все включения обоих
суперсистем параллельны одной, базальной, плоскости. В результате
эти две суперсистемы образуют две шестилучевые звезды с общим
центром. *Астеризм или «эффект звезды» - оптическое
явление, оптический
эффект в кристаллах некоторых минералов, обработанных с образованием
сферической или другой выпуклой криволинейной поверхности
(кабошонах), проявляющийся в появлении звездообразной фигуры при
наблюдении поверхности хорошо освещенного камня. Астеризм в виде
ярких узких "лучей звезды" появляется благодаря отражению света от
внутренних включений в камне. Количество и направление лучей зависит
от состава и ориентировки включений. У минералов разных сингоний
можно наблюдать 4-лучевые либо 6-лучевые звезды. Астеризм проявляется в
кристаллах корунда, шпинели, в некоторых
кварцах, бериллах, диопсиде (4-лучевая звезда), апатите, гранатах
(альмандин, демантоид), некоторых слюдах.
Астеризм бывает двух видов: 1. диастеризм, возникает
при прохождении света сквозь камень; 2. эпиастеризм, возникает при обратном отражении света
(источник света находится непосредственно над полированной
поверхностью), в этом случае может наблюдаться только 12-лучевая
звезда. Драгоценные камни, которые могут обладать эффектом
астеризма:
- Рубин (6-лучевая звезда)
- Сапфир (обычно - 6 лучевая звезда, очень редко - 12 лучевая
звезда)
- Розовый кварц (6-лучевая звезда)
- Изумруд (6-лучевая звезда, исключительно редко)
- Шпинель (4-лучевая звезда)
- Гранат альмандин (не менее 70% альмандиновой
составляющей, 4-х или
6-лучевая звезда)
- Диопсид (4-лучевая звезда)
Четырёхлучевые звезды гранатов составлены лучами,
пересекающимися под прямым углом, а четырехлучевые звезды диопсидов
имеют углы пересечения лучей 73 и 107 градусов.
Яркую 6-лучевую звезду в изумруде можно наблюдать исключительно
редко. Чаще наблюдается эффект темных широких конусовидных лучей,
типа "недозревшей", или "угасающей" звезды. Такие изумруды называют трапиш-изумрудами.
Корундам свойственна 6-лучевая звезда ( в основном за
счет включений рутила и/или гематита), но может проявляться и
12-лучевая звезда в результате формирования в камне включений в виде
последовательных призм 1-го и 2-го порядка.
Синтетические корунды также демонстрируют эффект
астеризма, но в синтетических камнях звезды очень яркие, а лучи сильно
выраженные резкие и чёткие.
Некоторым камням, в особенности корундам, вообще
свойственно содержание включений, благодаря которым и проявляется
эффект астеризма. Но если количество таких включений незначительно,
то хорошо выраженная звезда не получается. Такие камни ограняют в
стандартные формы с фацетами (гранями). При падении света на
площадку такого камня могут быть заметны "блики" наподобие
туманностей, благодаря отражению
света от мелких групп включений, которые, как правило, почти
неразличимы невооруженным глазом, но хорошо видны под микроскопом.
Ювелиры называют такие включения "шёлк". Даже весьма чистый камень
часто выглядит хоть и прозрачным, но слегка "мутноватым".
К сожалению, популярность "звездчатых камней" привела к
всплеску производства синтетических аналогов, в основном - рубинов и
сапфиров. Синтетическую шпинель с эффектом астеризма также несложно
сделать, но спрос на нее невелик, и производство такой синтетики не
рентабельно. В то время как производство звездчатых рубинов и
сапфиров коммерчески выгодно и поставлено на поток. На
мировом рынке драгоценных камней предлагается не меньше, а то и
больше "звездяков", чем было в реальности добыто за последние
100 лет. Камни с эффектом астеризма встречаются в природе очень редко.
Природные звёздчатые камни редко бывают ярких
насыщенных светов. Звезды иногда могут быть цветными, но чаще всего
звезды серебристо-серого цвета, иногда - темные. Яркий насыщенный
кабошон сапфира или рубина с хорошей, четкой, яркой звездой, если он
природного происхождения - очень редкий и очень дорогой камень. Цены
за один карат первоклассного Star-Sapphire или Star-Ruby начинаются
от $500 и стремятся далеко-далеко в небесную высь.
Спутать астеризм нельзя ни с чем; он либо проявляется,
либо нет. Звёздчатость камня видна всегда либо при ярком
искусственном, либо при солнечном освещении. Для фотографирования
их специально освещают направленным лучём фонаря или софита.
Если Вы видите звезду, то двигая камень в разных направлениях, Вы
заметите, что и звезда перемещается по камню, все
время оставаясь в поле зрения.
Плеохроизм - способность минерала к смене
окраски при наблюдении под разными углами зрения. Таким эффектом
обладают александриты, диопсиды, топазы, цирконы, корунды, а у
турмалинов можно заметить даже дихроизм (два оттенка цвета при
наблюдении в перпендикулярных направлениях). Дихроизм (от греч. dichroos -
двухцветный) - один из видов проявления плеохроизма, различная
окраска одноосных кристаллов (обладающих двойным лучепреломлением) в
проходящем свете при взаимно перпендикулярных направлениях
наблюдения - вдоль оптической оси и перпендикулярно к ней. Например,
кристалл апатита, освещаемый белым светом, кажется на просвет
светло-жёлтым, если смотреть по направлению оптической оси, и
зелёным - в перпендикулярном направлении. Окраску кристалла в
указанных условиях наблюдения называют, соответственно, "осевой" и
"базисной". При прочих направлениях наблюдения кристалл также виден
окрашенным (в какой-либо из промежуточных цветов), т. е. дихроизм
представляет собой частный случай плеохроизма как многоцветности
кристаллических фаз. Дихроизм обусловлен различием спектров
поглощения кристалла для световых лучей, имеющих разное направление
и поляризацию. Для одноосных кристаллов различают две "главные"
(основные) окраски - при наблюдении вдоль оптической оси и
перпендикулярно к ней. Минералы, обладающие выраженным дихроизмом кристаллов: александрит,
турмалин, эпидот-"пушкинит", апатит, ксантофиллит, вивианит. Интересно, что свой цвет в зависимости от освещения меняют все
цветные камни. Но у подавляющего их большинства изменения видимого цвета настолько
слабы, что наш глаз не может этого заметить.. А приборами такие
изменения оттенков или, как минимум, тонов, вполне уловимы. Но глаза - не приборы, а приборы с собой не потаскаешь в качестве
обрамления к вечернему наряду, и потому считается, что эффектом
смены света обладают только те камни, у которых этот эффект заметен
невооруженным глазом. Таким эффектом, заметным невооруженным, по так называемому "александритовому"
типу, обладают александриты, и могут обладать гранаты, сапфиры,
турмалины, флюориты, шпинели, бастнезиты, диаспоры, в исключительно
редких случаях - аметисты. А вот кианит, вопреки выше сказанному, таким эффектом не
обладает, он просто очень сильно плеохроичен. Другое оптическое явление - тенебресценция, механизм которого
совершенно иной, но визуально это отображается также в смене цвета
камней при различном освещении, иногда одноразовом, иногда -
многоразовом.
Таким эффектом обладают довольно многие камни, например (одноразовое
выцветание под дневным цветом)- некоторые аметисты, топазы (природно
голубые и розовые), кунциты (цвет может быть восстановлен
гамма-облучением), восстанавливается при облучении ультрафиолетом
первичный свет у некоторых скаполитов, у всех гакманитов, у
некоторых флюоритов... Также к тенебресцентному механизму относится изменение цвета у
бриллиантов-хамелеонов.
Иризация, - оптический эффект, проявляющийся у некоторых минералов в виде
внутреннего радужного цветового сияния при ярком освещении на ровном
сколе камней и особенно после их полировки. Адуляресценция - частный случай иризации, наблюдаемый у некоторых разновидностей
плагиоклазов (адуляр, лунный камень, беломорит), - оптическое
явление, возникающее благодаря тонкой пластинчатой структуре
некоторых полевых шпатов, в частности адуляра. Это оптическое
явление, игра света в виде голубовато-белых переливчатых отсветов,
световых бликов под поверхностью камня, возникает благодаря тонкой
пластинчатой структуре некоторых полевых шпатов (туманное переливание сероватых и голубоватых
оттенков). Эффект адуляресценции можно наблюдать у лунного камня и лабрадора. Иризации, адуляресценции и
вызывающим эти эффекты явлениям посвящена отдельная страничка сайта
Иризирующие
полевые шпаты> Кошачьим глазом был назван
оптический эффект появления белой световой полосы, напоминающей глаз
кошки. Яркая линия (полоса) переливается из стороны в сторону, причём световой блик перемещается вслед за движением камня.
Минералов, у которых можно наблюдать эффект кошачьего глаза,
довольно много -помимо разновидности хризоберилла под названием
цимофан, - это изумруд, турмалин, кварц,
апатит, циркон и многие другие камни, обработанные кабошонами.
Кошачий глаз - первоначально
название разновидности хризоберилла, известной также под названием
цимофан, со специфическим световым
эффектом бегущего по полированной поверхности камня блика,
волнообразно пробегающего по камню отлива.
Это происходит благодаря наличию полых каналов и включений
тончайших волокнисто-игольчатых кристаллов актинолита или
силлиманита, ориентированных по длинной оси кристалла. Впервые цимофан был
описан Гаюи в 1798 г. Цвет цимофана бывает от медово-коричневого до
яблочно-зелёного, но выше всего ценятся насыщенные золотистые цвета.
Этот камень просвечивающий, редко - полупрозрачный. Оптический
эффект кошачьего глаза напоминает наблюдателю глаз кошки.
В настоящее время этот термин употребляется более широко и используется
в отношении различных декоративно-самоцветных камней, у которых отмечается
перемещение переливающейся световой полосы при повороте камня. Этот
оптический эффект (переливчатость) лучше всего наблюдается в
полированных кабошонах, но часто виден еще на необработанном сколе
или срезе камня при его повороте. Наиболее ярко он выражен у
хризоберилла. Такие минералы, как кварц с включениями волокнистых
минералов, турмалин с системой микроскопических взаимно параллельных
внутренних каналов-пустот, ориентированных вдоль основной оси,
скаполит, фибролит (волокнистый силлиманит), параллельно-волокнистые
сорта нефрита и диопсид также могут обладать эффектом "кошачьего
глаза". Если термин "кошачий глаз" употребляется без указания
минерала, то он относится к хризобериллу. У хризоберилла этот эффект
обусловлен отражением света от микроскопических полых каналов или
включений, ориентированных параллельно одной из кристаллографических
осей. В свое время я был потрясён, когда рассматривая хризобериллы
под микроскопом, убедился, что каналы в хризоберилле обычно полые,
отчего в них и возникает наряду со световой полоской опалесценция, которая отсутствует,
например, в кварцевом кошачьем
глазе. Игольчатые включения в турмалине (обычно при микроскопическом
исследовании выясняется, что это также полые трубки)
могут располагаться как вдоль основной оптической оси кристалла, так
и под углом 90 градусов, поэтому "зрачёк" турмалинового кошачьего
глаза может быть виден как вдоль, так и поперек овального кабошона.
Но по сравнению с тончайшими канальцами в хризобериллах каналы в
турмалине имеют, как правило, бОльший диаметр, отчего эффект
"кошачьего глаза" проявляется в у турмалинов более резко и обычно не
сопровождается опалесценцией. А у таких камней, как "соколиный глаз" и продуктов его
естественного выветривания - "тигровый глаз" и "бычий глаз",
переливчатость обусловлена параллельно-тонковолокнистой структурой
агрегатов, родственной структуре асбеста. Опалесценция - способность камня испускать
разноцветные световые блики своей поверхностью (переливчатость,
радужная игра цветов). В благородных опалах эффект выражен наиболее
ярко. Этот высоко ценимый в ювелирно-поделочных опалах оптический
эффект обусловлен интерференционными явлениями, связанными с
регулярной структурой опалов, по масштабу периодичности отвечающей
длинам волн видимого света. Опал построен из полимеризованных нитей
аморфного кремнезёма с фрагментами более правильной структуры кварца
и/или тридимита. Нити свёрнуты или собраны в глобулы - шаровидные
образования выдержанного размера диаметром порядка 1000 ангстрем.
Глобулы в свою очередь регулярным образом уложены в упаковку, по
конфигурации близкую к плотнейшей кубической, иногда -
гексагональной; в промежутках между глобулами размещаются молекулы
воды, которая их дополнительно связывает. Тем самым в этом аморфном,
в первом приближении, минерале, на микроуровне обнаруживается
своеобразная структура, иногда называемая структурой дальнего
порядка, и именно с ней связана опалесценция и другие необычные
свойства опалов. Плеохроизм (от греч. pleon - более
многочисленный, больший, и chroa - цвет) - способность некоторых
анизотропных кристаллов, в том числе двупреломляющих минералов,
избирательно поглощать световые волны в зависимости от
кристаллографического направления. Обычно проявляется в изменении
цвета, оттенка или интенсивности окраски зёрен минералов при
повороте под микроскопом в проходящем через них поляризованном свете
при рассматривании по различным направлениям, но у некоторых
минералов наблюдается визуально (кордиерит, турмалин, кунцит и др.).
Явление связано с тем, что лучи, поляризованные в
разных плоскостях, поглощаются веществом кристалла различно. Таким
эффектом обладают александриты, диопсиды, топазы, цирконы, корунды,
а у турмалинов можно заметить даже дихроизм (два оттенка цвета при
наблюдении в перпендикулярных направлениях). Авантюресценция
- оптический эффект мерцания внутри минерала. Эффект наблюдается в
своеобразной и относительно редкой горной породе
авантюрине (состоит в
основном из кварца, разновидность кварцита) благодаря наличию внутри
камня включений мелких чешуек слюды или гематита (железной слюдки).
Эти чешуйки придают камню блестючесть и мерцающий отлив. Чешуйчатые
включения в авантюрине равномерно рассеяны и ориентированы в той или
иной степени параллельно друг другу, что и создаёт эффект
выразительного внутреннего поблёскивания. Цвет авантюрина обычно
желтоватый до медово-жёлтого или буровато-красный, вишнёвый,
розоватый до почти белого, реже - зелёный или синеватый. В зелёных
авантюринах находятся включения хромовой слюдки фуксита. Иногда этот
эффект бывает обусловлен также глухими трещинками, заполненными
гидроксидами железа. Вид этого необычного камня отличается игривой
весёлостью, отчего взирание на него может способствовать созданию
хорошего настроения. Натуральные камни встречаются редко, а
то, что массово продается в магазинах (зелёные или
золотисто-коричневые "камни" с яркими блестками), - стеклянная
имитация с блестючими добавками. Чрезмерное обилие блесток обычно
говорит о подделке. Солнечный камень - местный термин, обозначающий
декоративно-поделочную разновидность некоторых полевых шпатов.
Характеризуется искристым золотистым отливом и точечными блёстками
оранжево-красных, ярко-жёлтых или малиновых оттенков. Пёстрая
искристость солнечного камня вызвана
интерференцией световых лучей на заключённых в камне включениях мельчайших ориентированных
чешуек гематита и связанных с ними пустотках и микротрещинах.
Пластинки гематита могут быть шестиугольной, треугольной, ромбовидной или неправильной формы.
Искристый солнечный камень из-за внешнего сходства иногда
ошибочно принимают за авантюрин. Встречается в России (Вишнёвые
и Потанины горы на Южном Урале). Побежалость -
радужные цвета на поверхности минерала, возникающие из-за
образования тонкой оксидной пленки. Характерна для халькопирита,
борнита, антимонита и других минералов. Различные окраски в
возникают из-за интерференции белого света, отраженного от внешней и
внутренней поверхности тонкой пленки, подобно тому, как происходит
интерференция в пленках бензина на поверхности воды.
например, в кварцевом кошачьем
глазе. Игольчатые включения в турмалине (обычно при микроскопическом
исследовании выясняется, что это также полые трубки)
могут располагаться как вдоль основной оптической оси кристалла, так
и под углом 90 градусов, поэтому "зрачёк" турмалинового кошачьего
глаза может быть виден как вдоль, так и поперек овального кабошона.
Но по сравнению с тончайшими канальцами в хризобериллах каналы в
турмалине имеют, как правило, бОльший диаметр, отчего эффект
"кошачьего глаза" проявляется в у турмалинов более резко и обычно не
сопровождается опалесценцией. 
1.
3
