Геология месторождений драгоценных камней

Раздел: Полезные ископаемые

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Как драгоценный камень цветной турмалин известен давно ( VII на вклейке). Русские красные турмалины пользовались мировой известностью еще в XVIII в. и получили название «сибиритов», или «сибирских рубинов».

Среди турмалинов различают: 1) шерл — черный, богатый закисным железом; 2) дравит — коричневый, желтый или зеленый, реже красный и полихромный, обогащенный магнием; 3) бюргерит — богатый окисным железом; 4) эльбаит — одноцветный (ахроит—бесцветный, рубеллит — розовый, от красного до пурпурного, верделит — зеленый, индиголит — синий) и полихромный богатый литием; 5) тсилаизит — желтый, богатый марганцем; 6) хром-турмалин — изумрудно-зеленый, обогащенный хромом; 7) увит—коричневый, зеленый, иногда бесцветный, обогащенный магнием и кальцием; 8) лиддикоатит — коричневый, зеленый, красный, часто полихромный, богатый кальцием и литием (кальциевый аналог эльбаита).

В современном ювелирном производстве используются окрашенные прозрачные турмалины, преимущественно эльбаит, а также дравит, увит и более редкие тсилаизит и лиддикоатит. Значительно реже для ювелирных украшений, а большей частью в качестве коллекционного материала применяются хорошо образованные кристаллы шерла. Особенно красивы друзы шерла в сочетании с другими пегматитовыми минералами. Все перечисленные выше разновидности турмалина представляют собой сложные алюмоборосиликаты натрия, лития, магния, кальция.

Согласно В. А. Корнетовой [20], общая формула турмалина, учитывающая особенности его кристаллической структуры, имеет следующий вид: XY3Z6{(Si60i8)[B03]3(0H, F)4}, где X —натрий, кальций, калий; Y — магний, железо, марганец, линий, алюминий, хром; Z — алюминий, хром, ванадий, магний, железо. Позиция X обычно занята натрием. Исключение составляют увиты и бедные глиноземом дравиты, в которых натрий замещается кальцием. Позиция Y у шерла заполнена двухвалентным железом, у дравита — магнием, у эльбаита и тсилаизита — алюминием, трехвалентным железом и литием, у хромового турмалина и некоторых тсилаизитов, бедных глиноземом,— двухвалентным железом, магнием и марганцем, у кальцийсодержащего дравита и увита — магнием и двухвалентным железом. Позиция Z у шерла, дравита, эльбаита, и литиевого тсилаизита занята алюминием. Недосьдценность алюминием в позиции Z у хромого турмалина восполняется хромом, у бедного глиноземом (20—26 вес. %) тсилаизита — трехвалентным железом, в увите й кальцийсодержащем дравите — магнием. Как

видно из  9, химический состав турмалинов часто изменяется, что обусловлено изоморфными замещениями, отмеченными выше. Существуют изоморфные ряды шерл — дравит, эль- баит — тсилаизит, дравит — увит и др.

Среди турмалинов эльбаитового состава, наиболее широко используемых в ювелирном деле благодаря яркой и многообразной окраске, различаются две группы по относительному содержанию типоморфных компонентов [4]. Первая представлена розовыми и красными рубеллитами, бесцветным ахроитом и по- лихромными турмалинами с зональной розово-красной окраской. Эти разновидности обогащены марганцем, литием и фтором; суммарное содержание железа в закисной и окисной формах в них обычно меньше 1 %. Вторая группа, к которой относятся зеленый верделит и синий индиголит, является связующей с шер- литами. Железистость альбаитов этой группы повышенная; суммарное количество окиси и закиси железа в них достигает условной границы между эльбаитом и шерлом — 7—8 %. Для дравита типоморфным компонентом служит MgO, который содержится 6,4—14,9 %, чаще до 12,6 %.Увит — кальциевая разновидность дравита. В ювелирных увитах из Бирмы и Шри-Ланки содержится MgO от 10,21 до 14,96% и СаО от 2,58 до 5,09%. Для дравита и увита характерно присутствие Ti02 (0,13— 1,57%).

Все разновидности турмалина кристаллизуются в дитриго- нально-пирамидальном виде симметрии тригональной сингонии. Облик их длиннопризматический до игольчатого, реже коротко- призматический. По преобладающей форме граней вертикального пояса различаются гексагональный и тригонально-призма- тический габитусные типы. К первому относятся индивиды с шестиугольной формой поперечного сечения и развитием граней гексагональной призмы. Второй представлен кристаллами, поперечное сечение которых приближается к сферическому треугольнику; в нем доминируют грани тригональной призмы. Это обычно короткопризматические кристаллы, достигающие нескольких сантиметров в поперечнике. Своеобразный комплекс граней с большим числом простых форм развивается на головках кристаллов. Вершина одноголовых кристаллов уплощенная или остроконечная. Для первых, к которым чаще всего относится

Главная габитусная форма головки остроконечных кристаллов— грань острой тригональной пирамиды (0112) или комбинация ее с узкими гранями более тупых пирамид. Кристаллы с остроконечной головкой обычно зеленые. В двухголовых кристаллах эльбаитовых турмалинов один конец может быть уплощенным, а другой — остроконечным.

Физические свойства турмалинов зависят от особенностей их химического состава. Цвет минерала, особенно эльбаита, зависит даже от незначительного колебания в содержании элементов-хромофоров. Этим объясняется не только разнообразие цветового диапазона окрасок, но и широкое распространение поли- хромных двух-, трех- и даже пятицветных кристаллов эльбаита.

При изучении оптических спектров поглощения установлено, что цвет эльбаитов обусловлен ионами железа и марганца [31]. При этом малиново-розовую окраску, не обесцвечивающуюся при термообработке, рубеллиту (сибириту) придает изоморфная примесь трехвалентного марганца в октаэдрах позиции Y. Выцветающая при нагревании до 400°С слабая розовая окраска обусловлена присутствием в структуре минерала электронно- дырочных центров О2. Зеленую окраску верделиту придает изоморфная примесь двухвалентного железа в октаэдрах позиции Y. Синяя окраска индиголита вызвана электронным взаимодействием (переносом заряда) между ионами Fe2+ и F3+ в близких структурных позициях; коричневая и оранжево-коричневая у дравита — электронным взаимодействием между ионами

В полихромных турмалинах различают два типа цветовой зональности: поперечно-полосчатую и концентрическую. В первом случае изменяется цвет вдоль удлинения кристалла, во втором— в поперечном сечении кристалла наблюдаются различно окрашенные кольца. Последовательность смены цвета разнообразна. В образцах эльбаита с нормальной зональностью ядро состоит из синего индиголита, окруженного оболочкой зеленого верделита, которая сменяется ахроитом и красным рубеллитом. Индиголитовая и ахроитовая зоны нередко выпадают, и тогда в кристалле различаются зеленое ядро и зона розового или красного рубеллита. Встречаются также полихромные турмалины с обратной последовательностью смены цветовых зон.

Плотность турмалина варьирует от 2,92 до 3,25 г/см3 и, подобно окраске минерала, зависит от его химического состава. Плотность (в г/см3) рубеллита и ахроита 2,9—3,1, верделита и индиголита 3,02—3,11, дравита и увита 2,92—3,30, шерла 3,1—3,2. Показатели преломления рубеллита и ахроита — ng 1,637—1,651, пр 1,618—1,630; верделита и индиголита — пё 1,637—1,648, nv 1,618—1,623; дравита и увита — пб 1,627—1,664, rip 1,610—1,634; шерла — пб 1,658—1,668, пр 1,628—1,633.

В цветных турмалинах резко проявлен плеохроизм, что необходимо учитывать при огранке минерала. Твердость турмалина 7—7,5 по шкале Мооса, спайность слабая по (1120) и (10ll). Излом от неяснораковистого до неровного, бугристого.

Эльбаит и дравит встречаются в виде хорошо образованных кристаллов, а также параллельных и радиальнолучистых агрегатов. Наиболее крупные кристаллы рубеллита и верделита, добытые в СССР, достигали в длину 15—20 см при поперечнике 6—8 см (Борщовочный кряж). В месторождениях Калифорнии в округе Сан-Диего попадались экземпляры ювелирного рубеллита размером 25x10x10 см. Крупнейшие в мире кристаллы рубеллита были недавно добыты на месторождении Итатиайя (шт. Минас-Жерайс, Бразилия). Длина кристаллов 1 м, ширина у основания 40 см. Один такой крупный прозрачный и яркоок- рашенный кристалл рубеллита был оценен в 1 млн. долл. Подобные образцы относятся к числу уникальных. Обычные размеры кристаллов благородного турмалина 1—5 см в длину и 0,5—2 см в поперечнике.

Прозрачные цветные турмалины, как правило, гранятся в ступенчатой форме, удлиненной по тройной оси, что обусловлено длиннопризматическим габитусом большинства кристаллов и особенностями плеохроизма, обеспечивающими при такой ориентации максимальный цветовой эффект.

Турмалин относится к числу полигенных минералов, но его цветрые разновидности, использующиеся в ювелирном деле, связаны преимущественно с гранитными пегматитами. Наиболее распространен черный турмалин — шерл, который встречается в пегматитах различных формаций — слюдоносных, редкоме- тальных и хрусталеносных. Эльбаиты преимущественно связаны с литиевыми пегматитами редкометальной формации. Источники ювелирного дравита и увита более разнообразны. Их скопления встречаются среди метаморфических пород — кристаллических сланцев, а также в метасоматически измененных гранитных пегматитах — плагиоклазитах, залегающих в магнезитовых или доломитовых мраморах и кальцифирах.

По А. Е. Ферсману [40], турмалины в пегматитах кристаллизуются в основном из надкритических газообразных флюидов (геофазы F — G) в следующей последовательности (от ранних к более поздним): черный (шерл)—синий (индиголит)—зеленый (верделит) — голубой или розовый (рубеллит) — бесцветный (ахроит). При этом, начиная с индиголита, возникают по- лихромные разновидности. В пегматитах линии скрещеппи (в контактовых пегматитах) отмечается иной ряд: бурый — зеленый — бурый — розовый —вишневый турмалины.

М. М. Сливко [35], исследовав газово-жидкие включении в цветных турмалинах из занорышей пегматитов, пришел к заключению, что они образовались в гидротермальную стадию пегматитового процесса. По его данным, температуры гомогенизации в жидкую фазу первичных газово-жидких включений в розовых турмалинах составляют (в °С) 320—210, в зеленых 263—242, в полихромных в розовом ядре 320—270, в зеленой оболочке 250, в полихромных с аномальной зональностью в зеленом ядре 281—276, в розовой зоне 270—240. Появление эльбаита вместо шерла М. М. Сливко объясняет изменением состава пегматитообразующего расплава-раствора, в котором по мере раскристаллизации уменьшается содержание железа и магния и увеличивается концентрация лития и марганца.

Термометрических данных, которые позволили бы прийти к единому мнению об агрегатном состоянии турмалинообразую- щей среды, еще недостаточно и поэтому нельзя исключить предположение о возможной кристаллизации эльбаита из существенно газовых растворов. Основная масса эльбаитов, несомненно, кристаллизуется в период широкого развития процессов замещения первичных зон пегматитов, когда флюидальные компоненты начинают играть решающую роль.

Для образования эльбаита, по-видимому, наиболее благоприятна слабокислая или нейтральная среда при повышенной активности воды, фтора и бора. Таким оптимальным условиям ближе всего отвечает натриевый — позднелитиевый этап (первый натриевый и этап второго гидролиза, по Г. Г. Родионову), с которым связаны мощные кварц-клевеландит-лепидолитовые зоны редкометальных пегматитов и эльбаит-слюдисто-литиевая минерализация в миаролах микроклииовых и микроклин-альби- товых пегматитов.

Турмалины дравитового и увитового состава связаны с региональным метаморфизмом борсодержащих глинистых сланцев, а также с процессом наложенного биметасоматоза в гранитных пегматитах, залегающих в магнезиальных осадочно-ме- таморфических породах.