Геология месторождений драгоценных камней

Раздел: Полезные ископаемые

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

К благородным, или драгоценным, относятся массивные прозрачные или просвечивающие разновидности опалов, обладающие характерной внутренней бриллиантовой игрой отраженного света ( IV на вклейке). Как ювелирный материал употребляются и некоторые разновидности обыкновенных опалов, ценность которых определяется степенью и красотой окраски. Название камня происходит от латинского «opalus», что означает драгоценный камень вообще, или от санскритского «upala».

С. Раман [90] отмечает, что опал с древних времен считается одним из самых красивых камней и в подтверждение приводит слова Плиния: «В опале вы можете увидеть огненное пламя карбункула, великолепный пурпур аметиста, зеленое море изумруда, все разноцветия, собранные воедино в невероятно красочную смесь. Некоторые опалы по своей красочности не уступают палитре художника, другие — пламени серы или огненным языкам горящего масла».

Благородные опалы были известны в Европе уже во времена Римской империи и ценились очень высоко. Карпатские опалы добывались еще в I в. до н. э. и через Византию проникали на рынки Европы под названием восточных. А. Е. Ферсман [41] сообщал о шариках из украинских опалов в бусах времен Киев- - ской Руси.

В прошлом благородный опал считался целебным камнем, предохраняющим от болезней глаз. В XIX в. популярность опала несколько снизилась из-за поверья, что он якобы приносит несчастье. А. Е. Ферсман связывал эту легенду со свойствами многих опалов растрескиваться.

По особенностям окраски и оптическому эффекту выделяются следующие главные разновидности благородных опалов: белый опал — светлоокрашенный,, прозрачный с игрой света в светло-голубых тонах; черный опал — черный или очень темный фиолетовый, синий, зеленый или бордовый с яркой цветовой игрой преимущественно в красных, зеленых и синих тонах; арлекин — опал с однообразной пятнистой окраской при преобладании красного цвета; «кошачий глаз» — редчайшая разновидность благородного опала с концентрическими зональными ярко-зелеными переливами; огненный (пламенный, солнечный) опал — от гиацинтово-красного до медово-желтого с огненной игрой; джиразоль — голубой и белый просвечивающий опал с цветовой игрой в красных тонах; королевский опал—уникальная разновидность австрийских опалов с внешней, почти по окрашенной зоной и темно-красным или бронзовым ядром с зеленой каймой; лейкозос-опал — молочно-зеленый с игрой глубокого зеленого и глубокого карминного цвета.

Благородный опал, хорошо подходит для кулонов, брошей, колец и ожерелий, довольно часто используется вместе с мелкими бриллиантами. В кольцах опал в связи с его сравнительно невысокой твердостью должен быть хорошо защищен оправой. Для лучшего выявления расцветки опал обрабатывают только в форме кабошона. Мелкие обособления благородных опалов кабошонируют вместе с вмещающей породой (маточный опал). Наиболее ценятся королевский опал, «кошачий глаз» и черные опалы.

Кроме драгоценных опалов среди опаловых минералов известны: опал-оникс, представляющий собой чередующиеся слои обыкновенного и драгоценного опалов; обыкновенный опал — непрозрачный до просвечивающего, окрашенный, без игры цвета, в том числе молочно-белый; гидрофан, для которого характерна опалесценция после насыщения водой; празопал — просвечивающий, яблочно-зеленого цвета; древесный опал, образующийся в результате опализации обломков древесины и др.

По химическому составу опал представляет собой водосо- держащий кремнезем Si20 • ag. Рентгеноструктурными исследованиями обыкновенных опалов [90, 76] установлено, что они сложены различными минералами кремнезема, среди которых преобладают плохо упорядоченный низкотемпературный а-кристобалит и аморфный кремнезем. Некоторые опалы содержат и низкотемпературный а-тридимит. В благородном опале кремнезема содержится 85—96 %, воды 4—10 % и более. Большая ее часть — адсорбционная или интерстициальная, удаляющаяся высушиванием при обычной температуре или при нагревании до 100 °С. Некоторая часть воды присутствует в виде гидроксила, замещая атомы кислорода в кремнекисло- родных тэтраэдрах, и выделяется при температурах выше 250 °С. Из-за различных примесей (А1203, Fe203, CaO, MgO, Na20, К20 и др.) состав природных опалов отличается от теоретического. Количество примесей А1203 и Fe203, присутствующих в опале в виде мельчайших включений других минералов, колеблется от десятых долей до 6—7 %. Содержания СаО и MgO варьируют в пределах 1 %. Количество щелочей не превышает 1 %. В некоторых опалах установлена примесь органического вещества и S03.

Благородный опал в чистом виде бесцветен, но обычно бывает окрашен тонкорассеянными минеральными примесями, содержащими железо, в различные оттенки желтого, бурого, красного, зеленого, серого, голубого и черного цвета. Черпая окраска объясняется присутствием углерода (графита), а зеленая— соединений никеля в глинистых минералах-примесях. Бесцветный опал в лабораторных условиях легко окрапишп- ется различными красящими веществами. Окраска опала при воздействии рентгеновских лучей не изменяется. Сам по себе опал может быть прозрачным, полупрозрачным или матовым. Блеск его стеклянный, тусклый или маслянистый; спайность отсутствует, хрупок; излом раковистый. Плотность в зависимости от содержания воды и пористости колеблется от 1,99 до 2,25 г/см3.

Твердость опала от 5 до 6,5. Оптически он изотропен, иногда наблюдается слабое аномальное двупреломление света. Показатель преломления варьируется от 1,435 до 1,455 в зависимости от содержания воды и количества примесей.

На воздухе в некоторых благородных опалах в результате дегидратации появляются трещины, что обесценивает камень. Для предотвращения этого опалы иногда держат в земле в течение двух-трех лет, что позволяет им терять влагу постепенно.

Благородный опал с древних времен высоко ценился из-за богатейшей внутренней игры цветов. Еще в XIX в. было предложено несколько гипотез, объясняющих природу цветовой игры опалов интерференцией и дифракцией световых лучей.

В 1845 г. Д. Брюстер писал, что цветовые участки в опале связаны с равномерным распределением мельчайших пор, образующих пространственную решетку, а различные размеры этой решетки обусловливают появление цветового многообразия. Аюи считал, что цветовая игра происходит в результате отражения света от правильно расположенных внутренних трещин и пузырьков. Берендс в 1871, г. связывал ее с отражением света от тонких изогнутых слоев опала, отличающихся по показателю преломления. Е. Бэйер объяснил цветовую игру наличием реликтовой слоистой структуры, унаследованной опалом в результате замещения им зерен тонко сдвойникованного кальцита. Позднее С. Раман [90] предположил, что цветовая игра возникает вследствие правильного чередования в опале слоев кристобалита и тридимита.

Исследованиями последних лет установлено, что цветовая игра в опалах вызвана дифракцией лучей от трехмерной структуры, построенной из близких по величине мельчайших частичек кремнезема. Под электронным микроскопом на поверхности скола благородного опала видны равномерно расположенные глобули или мицеллы кремнезема диаметром 150—400 нм, между которыми находятся одинаковые и равноудаленные друг от друга пустотки ( 11). Природа глобулей не выяснена. Р. К. Илер, а также Дж. Джонс, Дж. Сэндерс и И. Сегнит [76] полагают, что это агрегаты мельчайших частиц кремнезема, спонтанно образовавшиеся из коллоидного раствора.

В опале с цветовой игрой глобули одинакового размера и лежат в узлах правильной трехмерной решетки. Упаковка этих элементов структуры — граноцентрированная, кубическая. Поры в плотно упакованных участках имеют форму отрицательных тетраэдров или октаэдров и лежат на осях той же решетки, которая определяет положение глобулей. Такое упорядоченное распределение пор воздействует на световые лучи как оптическая дифракционная решетка. Монохроматические дифрагированные лучи света, рассеянные такой решеткой, обусловливают цветовую игру, характерную для благородных опалов. - От величины глобулей зависят параметры дифрагирующей структуры и, следовательно, длина волны дифрагированного пучка света. По мере увеличения размеров глобулей длина волны дифрагированного света увеличивается, поэтому опалы,, сложенные мелкими глобулями, переливаются фиолетовым цветом, а крупными глобулями — красным. Богатая цветовая игра возникает при разных углах падения света на дифракционную решетку и выявляется при покачивании опала. Дж. Сэндерс (1970 г.) сообщает об уникальных звездчатых опалах из шт. Айдахо (США); он связывает эффект астеризма с оптической дифракцией, обусловленной специфическими нарушениями в порядке расположения глобулей и их4 слоев. Участки камня одной и той же окраски имеют одинаковую ориентировку решетки. Цветовая окраска станет разнообразнее, если опал погрузить в жидкость с таким же, как у него, показателем преломления или покрыть специальным пластиком ровную поверхность мине рала. При не совсем однородной упаковке глобулей имеющиеся поры еще частично дифрагируют свет. Однако если упаковка очень неоднородна, то в результате интерференции дифрагированные цветовые лучи не появляются. Окраска таких опалов монотонная молочно-белая, поэтому они и названы обыкновенными.

Благородный опал, как и другие виды опалового кремнезема, образуются в поверхностных или приповерхностных условиях. Опаловый кремнезем отлагается в результате биохимичсСКЙХ процессов, формируя скелеты диатомей, губок, радиолярий и других организмов, или образуется в результате осаждения из ионных или коллоидных растворов. Растворимость аморфного или кристобатолитового кремнезема в воде при обычных условиях значительно превышает растворимость кварца, резко возрастая при рН больше 9, а также при повышении температуры. Природные термальные воды щелочного состава нередко обогащаются кремнеземом при взаимодействии с горными породами, содержащими силикатные минералы.

Опал — наиболее загрязненный различными примесями и наименее упорядоченный по кристаллической структуре минерал кремнезема. Поэтому его генезис обычно объясняется быстрой кристаллизацией из пересыщенных растворов, в среде богатой чуждыми ионами. Предполагают также, что кремнезем выпадает из раствора в виде геля, который, старея, образует опал и другие низкотемпературные минералы кремнезема.

В природе благородные опалы встречаются крайне редко, что свидетельствует о весьма специфических условиях их образования. Однородность структуры благородных опалов, возможно, объясняется сохранением в течение определенного промежутка времени постоянных физико-химических и термодинамических параметров минералообразующей среды. В ряде случаев упорядоченная внутренняя структура благородных опалов унаследована в результате замещения кремнеземом остатков флоры и фауны.

Опалы известны в гидротермальных образованиях и в древних корах выветривания. Благородные опалы гидротермального происхождения возникают в приповерхностных условиях из поствулканических растворов, пересыщенных кремнеземом. Выпадение кремнезема в полостях вулканических пород связано с понижением температуры растворов до 100—150 °С и уменьшением его растворимости. При этом опал образуется позже халцедона и кварца. Зависимость совершенства структуры опалов от температуры, концентрации и состава растворов не выяснена.

Обыкновенные опалы широко развиты в древних корах выветривания горных пород самого разнообразного состава (пе- ликаниты в коре выветривания гранитов, хлоропалы в коре выветривания основных пород и т. п.), однако крупные скопления благородных опалов встречены только в коре выветривания песчано-глинистых осадочных пород в Австралии и Бразилии.

Ряд австралийских и других исследователей считают, что опалы Австралии образовались в результате испарения грунтовых вод в условиях сухого климата, увеличения концентрации кремнезема и выпадения его в приповерхностных условиях [84, 87, 91]. Однако большинство исследователей отмечают прямую генетическую связь опалов с древней корой выветривания [60, 62].