Типоморфизм изумрудов месторождений Coscuez, Cunas, La Pita, Polveros (Колумбия)
Машкина Алевтина Александровна, Серов Роман Сергеевич
Геологический факультет МГУ, Москва
Введение
Настоящее исследование посвящено изумруду, относящемуся к небольшой группе драгоценных камней, пользовавшихся большой известностью и высоко ценившихся во все времена. Прозрачные изумруды густо-зеленого цвета относятся к ювелирным камням первого порядка.
Ведущую роль в добыче и поставке изумрудов занимают уникальные месторождения Колумбии.
Цели и задачи
— выявление типоморфных особенностей изумрудов четырех месторождений Колумбии — Coscuez, Cunas, La Pita, Polveros;
— сравнение полученных данных с данными по изумрудам других месторождений мира.
Образцы и методы
Максимальный размер образцов 0,6×0,8 см, кристаллы одиночные, прозрачные. Вследствие дихроизма могут иметь как желтый, так и голубой оттенки. Кристаллы хорошо образованны, призматические, имеют четко выраженные грани гексагональной призмы {1010}, ограничены плоскостью пинакоида только с одной стороны, другой стороной кристаллы изумруда прирастали к материнской породе. Образцы нередко трещиноваты. Трещины параллельны граням призмы, либо пинакоида, более обычны трещины без какой-либо ориентировки (рис. 1).
Для сравнительного изучения изумрудов были проведены исследования двусторонне-полированных пластинок, выпиленных параллельно и перпендикулярно направлению оси с кристаллов. Размер пластинок 5х5 мм, толщина 1 мм.
Типоморфные свойства изумрудов изучены с помощью следующих методов:
— измерение удельного веса и оптических свойств
— микроскопическое исследование
— оптическая спектроскопия в видимой области
— ИК-спектроскопия
— электронно-зондовый микроанализ.
Всего таким образом было изучено 8 кристаллов: по 2 с каждого месторождения.
Результаты
Удельный вес изумрудов колеблется в пределах 2,609—2, 669 г/см3 и остается примерно одинаковым для всех камней. Полученные значения удельного веса оказались несколько ниже значений, указанных в справочной литературе по колумбийским изумрудам месторождения Музо (табл. 1). Вариации значений удельного веса могут определяться химическим составом и наличием в образцах газово-жидких включений.
Показатели преломления изумрудов меняются в интервалах ne=1,570—1,572, nо=1,573—1,577, двупреломление no — ne=0,003—0,005. Для образцов La Pita и Polveros величины оптических свойств оказались несколько выше, но в общем случае, полученные значения перекрываются.
Микроскопические исследования позволили выявить наличие во всех образцах классических колумбийских трехфазовых включений, состоящих из водного раствора, газового пузырька и кубического изотропного кристалла галита (рис. 2, а). Включения часто имеют пилообразные очертания (рис. 2, б) или резко вытянуты вдоль шестерной оси. Могут быть как первичные, так и вторичные, которые приурочены к частично залеченным трещинам в кристалле. Наряду с трехфазовыми встречаются и многофазовые газово-жидкие включения, в которых помимо сравнительно крупного кристалла галита наблюдаются другие твердые анизотропные включения, обычно очень небольших размеров, затрудняющих их диагностику (возможно, это растворимые соли) (рис. 2, в, г).
В изумрудах также обнаружены минеральные включения. Они прозрачные, бесцветные, образуют хорошо различимые ромбоэдрической кристаллы, анизотропны и, предположительно, являются карбонатом (рис. 2, д, е). Кристаллографической ориентации или определенного распределения минеральных включений в кристаллах изумрудов не установлено (Gubelin, E.J., 2005).
Все изученные образцы имеют цветовую зональность, параллельную граням призмы, которая четко проявлена в срезах, перпендикулярных шестерной оси. Интенсивность окраски возрастает от центра к периферии кристаллов.
По цветовой зональности можно выделить две основные стадии в росте кристалла: первая стадия характеризуется бледной зеленой окраской и наличием больших трещин; вторая стадия — сравнительно более насыщенной зеленой окраской и наличием структур роста (рис. 2, ж), которые особенно хорошо видны в скрещенных николях благодаря аномальному двупреломлению (рис. 2, з), когда центральная часть одноосна, а края двуосны. (Schwarz D., 1996). Наиболее отчетливо это проявлено в образце Polveros.
Оптическая спектроскопия в видимой области. Общей особенностью полученных спектров колумбийских изумрудов является наличие двух широких интенсивных полос поглощения в видимом диапазоне (рис. 3). На кривых поглощения ясно различаются два основных максимума — при 430—434 нм (полоса TF, переход 4А2g — 4Т1g) и 600—620 нм (полоса TΔ, переход 4А2g — 4Т2g). Кроме того, для длинноволновой хромовой полосы TΔ характерно присутствие узких линий поглощения в районе 684 нм (R-линии), которые свидетельствуют о наличие Cr3+ в составе образцов. (Moroz I., 1999).
Анализируя полученные спектры, легко заметить, что для изумрудов Coscuez (рис. 3, а) характерен типичный спектр хром-ванадиевых изумрудов (слабо выражены R-линии). Т. е. окраска, по всей видимости, обусловлена совместным присутствием ванадия и хрома, с подчиненным количеством последнего. В отличие от образцов Coscuez, окраска изумрудов Polveros (рис. 3, г), судя по спектрам поглощения, вызвана равным количеством хрома и ванадия, либо преобладающим количеством хрома (R-линии четко выражены).
Кроме того, оптические спектры поглощения для образцов Coscuez (рис. 3, а) и Cunas (рис. 3, в) характеризуются смещением центра области пропускания в более длинноволновую сторону зеленой части спектра по сравнению с изумрудами месторождений Polveros (рис. 3, г) и La Pita (рис. 3, б). Общая тональность окраски этих изумрудов приобретает желтоватый оттенок. Это может быть объяснено влиянием Fe3+ на положение полос хромового спектра, присутствие которого, возможно, определяет наличие изгиба коротковолновой полосы поглощения в районе 374—395 нм в камнях из месторождений Coscuez и Cunas.
Для всех исследованных образцов характерен дихроизм — изменение окраски от желто-зеленой (если свет распространяется вдоль оси с кристалла) до голубовато-зеленой (когда свет распространяется перпендикулярно оси с кристалла.
В образцах из Coscuez и Polveros интенсивность полос поглощения Сr3+ центральной слабо окрашенной зоны заметно меньше интенсивности полос поглощения краевой ярко окрашенной зоны (рис.3, а, г).
ИК-спектроскопия. Полученные ИК-спектры свидетельствуют о наличии в изумрудах Н2О I и II типов. Полосы поглощения с минимумами в районе 3576—3613 и 3674—3690 см-1 вызваны присутствием в каналах структуры Н2О II типа, которая связана с ионами щелочных металлов (рис. 4).
Полоса поглощения с минимумом в области 3710—3725 см-1 обусловлена наличием в каналах Н2О I типа, однако, ее интенсивность сравнительно ниже интенсивностей полос поглощения Н2О II типа (Zwaan J. C., 1997). Подобное строение ИК спектров свидетельствует о гетеровалентном изоморфизме, когда примеси M2+ замещает Al3+ с вхождением Na+ в каналы. Одновременно с ионами-компенсаторами входит вода, удерживая их в полости каналов. Таким образом, изумруды в пределах изученной коллекции относятся к o- (октаэдрически замещенные) бериллам.
Сравнение инфракрасных спектров показало что, для изумрудов Polveros наблюдается уширение полос поглощения, вызванных присутствием Н2О II типа. Возможно, для данных образцов характерно повышенное содержание ионов-щелочей относительно изумрудов трех других месторождений.
Электронно-зондовый микроанализ. Особенность состава изученных образцов заключается в том, что практически отсутствует примесь K2O, чрезвычайно мало содержание Cs2O (не более 0,04 вес.%), TiO2 (до 0,07 вес.%) и Fe2O3 (до 0,09 вес.%). Основной примесью является MgO (до 1,26 вес.%).
Окраска изумрудов обусловлена, прежде всего, совместным присутствием ванадия и хрома с подчиненным значением Fe3+. Как и предполагалось, концентрации элементов-хромофоров Cr и V к краевым частям кристаллов возрастают, вызывая зональность окраски изумрудов. Отсюда следует, что хром и ванадий входят в состав изумруда преимущественно на поздней стадии роста кристалла (рис. 5).
Проведенный электронно-зондовый микроанализ изумрудов показал, что для образцов Coscuez характерно значительное преобладание ванадия над хромом, что находится в полном соответствии с проведенным анализом оптических спектров поглощения.
Более того, образец месторождения Polveros содержит в среднем Na2O>0,5% и относится к натриевым бериллам, в то время как другие изумруды содержат сравнительно меньше Na2O. Что и было установлено в полученных ранее инфракрасных спектрах.
Также было подтверждено предположение о влиянии Fe3+ на смещение центра полосы пропускания в изумрудах Coscuez и Cunas, сделанное в ходе анализа оптических спектров. Данные образцы характеризуются повышенной концентрацией железа относительно хрома и ванадия. Влияние Fe3+ постепенно уменьшается к внешней интенсивно окрашенной зоне кристаллов, поскольку увеличиваются концентрации хрома и ванадия.
Особенности химического состава отразились на строении оптических спектров и цветовой тональности изумрудов (рис. 6).
Выводы
Проведенные исследования позволили выявить некоторую неоднородность образцов, но обнаружить конкретные типоморфные особенности не удалось, поскольку исследованные изумруды генетически однотипны, и все четыре месторождения — Coscuez, Cunas, Polveros, и La Pita — локализованы в западной изумрудоносной зоне Колумбийских Кордильер (Grundmann G., 2002). Следует заметить, что даже в пределах одного месторождения или его участка оттенки цвета кристаллов изумруда или содержание примесных элементов могут существенно различаться. Итак, изумруды в пределах изученной коллекции обладают схожими свойствами.
Однако весьма успешным оказывается сравнение результатов наших исследований с литературными данными по изумрудам других генетических типов. Типоморфные свойства изумрудов некоторых месторождений мира представлены в таблице. 1.
По значению оптических констант изученные изумруды Колумбии уступают изумрудам грейзеновых месторождений, обладая сравнительно более низкими величинами показателей преломления. В определенной корреляции с показателями преломления меняется относительная плотность изумрудов. Действительно, полученные данные по удельному весу колумбийских образцов также оказались ниже значений удельного веса изумрудов других месторождений мира.
Более высокие значения относительной плотности и оптических величин изумрудов грейзеновых месторождений обусловлены повышенным содержанием примесных элементов (до 6,5 вес.%) по сравнению с колумбийскими камнями, в которых суммарное количество компонентов-примесей не превышает 2,3 вес. %.
Существенные расхождения в составе, температуре, давлении минералообразующих растворов изумрудов гидротермальных и грейзеновых месторождений являются причиной формирования в них типоморфных наборов газово-жидких и твердых включений. В изученных колумбийских образцах изумрудов постоянно наблюдаются трехфазовые газово-жидкие включения с галитом, а также твердые включения, предположительно кальцита. Основная масса первичных включений изумрудов грейзенового типа является двухфазовыми газово-жидкими и трехфазовыми углекислотно-водными. Многофазовые включения с галитом встречаются редко. Твердые включения гораздо разнообразней и представлены флогопитом, актинолитом, тальком, слюдами и др.
Совершенно отчетливо различаются изумруды двух генетических типов при сравнении их спектров поглощения. Отсутствие или весьма незначительная интенсивность полос поглощения, вызванных железом — отличительная черта колумбийских изумрудов. Оптические спектры изумрудов Колумбии могут быть сходны со спектрами изумрудов Центральной Нигерии. Однако последние характеризуются широкой полосой поглощения в районе 810 нм (Fe2+), которая не установлена в исследованных спектрах колумбийских камней. В спектрах изумрудов Урала, Бразилии и др. совместно с полосой Fe2+, присутствует полоса поглощения 365—380 нм, связанная с наличием в их составе Fe3+, которая отсутствует (Polveros, La Pita), либо слабо выражена (Coscuez, Cunas) в изученных изумрудах колумбийских месторождений. Часто в бразильских и уральских камнях полоса поглощения Fe2+ превышает по интенсивности хром-ванадиевые полосы (Schwarz D., 1996, 2002).
Таким образом, для определения генетического типа конкретного образца изумруда вполне достаточно использования методов, предложенных в данной работе.
Заключение
Использование всей совокупности перечисленных типоморфных признаков позволяет достаточно надежно установить генетический тип месторождения, из которого извлечен тот или иной камень.
К сожалению, при текущем уровне знаний определить происхождение камня с точностью до конкретного месторождения вряд ли возможно, что обусловлено близостью условий образования и, следовательно, физических свойств изумрудов из разных месторождений одного генетического типа.
Для решения подобной задачи необходимо продолжить поиски различий в химизме и кристаллической структуре минерала, увеличить объемы исследования.
Список литературы
1. Grundmann G., The most important types of emerald deposits, in Emerals of the World, Munich, Germany, 2002.
2. Gubelin, E.J. and Koivula, J.I. Photoatlas of Inclusions in Gemstones, volume 2, Basel (Opinio Publishers), Hardback, 829 pp, 2005.
3. Moroz Inessa I. The visible absorption spectroscopy of emeralds from different deposits. Australian Gemologist, 1999.
4. Schwarz D., Emerald and green beryl from Central Nigeria. J. Gemm, 1996. Vol. 25, № 2, рр 117-141.
5. Schwarz D., Gemology of Emerald, in Emerals of the World, Munich, Germany, 2002
6. Zwaan J. C. Update on emeralds from the Sandawana M
Назад к разделу «Новости»
