Bản tin tháng 02/2016

Demantoid Garnet Giả Hình Hóa Thạch

Vào năm 2010, hai giả hình hóa thạch cực kỳ quý hiếm bằng garnet demantoid đã được mua từ mỏ demantoid kinh điển ở Ambanja, Madagascar. Một mẫu có hình dạng của loại chân bụng, mẫu kia là san hô (hình 1). Các mặt tinh thể sáng chói, hình thoi và màu lục của các mẫu này đều phù hợp demantoid trong nhóm andradite; điều này đã được xác nhận bởi quang phổ Raman. Cả hai mẫu đều cho thấy rõ ràng các dãy andradite đặc trưng ở 371 và 516 cm^-1, với các đỉnh ở 817, 844 và 873 cm^-1 tạo thành một bộ ba. Ngoài ra, dấu hiệu thạch anh rất đặc trưng ở 464 cm^-1 cũng đã được nhìn thấy. Hình dạng chung là gồm nhiều tinh thể nhỏ (kích thước lên tới 1 mm) được tăng trưởng cùng nhau, giữ nguyên hình dạng tổng thể và một số chi tiết của hóa thạch. Quan sát cẩn thận các mặt vi mô lân cận trong ánh sáng phản chiếu chỉ ra rằng cả hai mảnh thực chất là các tinh thể andradite đơn lẻ (hình 2).

Thật đáng ngạc nhiên khi nhìn thấy demantoid thay thế một hóa thạch, ngoài ra một số giả hình trong khoáng vật quý cũng đã được ghi nhận, chẳng hạn như giả hình của loài chân bụng giống như ốc sên bằng emerald (P. Vuillet và cộng sự, “Les émeraudes de Gachalá, Colombie; historique, genèse et découvertes paléontologiques,” Le Règne Minéral, Vol. 46, 2002, trang 5 – 18). Đáng ngạc nhiên nhất là những giả hình này là đơn tinh thể. Để tìm hiểu làm thế nào các hóa thạch được thay thế bằng demantoid, nhóm nghiên cứu đã gửi các mẫu để phân tích chụp cắt lớp tia X tới Phòng giám định Français de Gemmologie (LFG) ở Paris. Họ đã sử dụng hệ thống RXSolutions DeskTom 130; kết quả được đưa ra trong hình 3. Không có phần còn lại của hóa thạch gốc. Các mẫu vật này được hình thành hoàn toàn từ andradite, dường như phát triển từ các phần rắn của động vật ra bên ngoài vỏ và hướng vào các phần rỗng. Do đó, một số phần rỗng vẫn chưa được lấp đầy hoàn toàn. Màu xám nhạt hơn là do vật liệu ít dày đặc hơn.

Việc các mẫu hiện tại xuất hiện có vẻ ngoài đa tinh thể nhưng bằng chứng cho thấy chúng là các tinh thể đơn cho thấy hóa thạch ban đầu đã được thay thế bằng sự phát triển của nhiều tinh thể garnet nhỏ có định hướng ngẫu nhiên. Theo lý thuyết đó, sau đó chúng kết hợp lại và phát triển thành một tinh thể duy nhất thông qua quá trình được gọi là quá trình tái hợp Ostwald – Ostwald ripening (I. Sunagawa, Crystals, Nhà xuất bản Đại học Cambridge, 2005, trang 258). Do đó, những mẫu này không phải là một giả hình hoàn hảo, vì các chi tiết của các phần cứng bị mất, chính xác hơn, các giả hình này kết tinh lại với mặt tinh thể tương đối phát triển.

(Theo Emmanuel Fritsch, Julien Raoul, Elancourt, France và Antananarivo, Madagascar; Benjamin Rondeau, Đại Học Nantes, France và Olivier Segura, LFG, Paris, phần Gem News International quyển G&G Winter 2013)

 

Spodumene Màu Xanh Phớt Lục

Trong nhóm đá spodumene, ngoài loại kunzite màu hồng tím được biết đến rộng rãi, thì spodumene màu lục và màu vàng giờ đây cũng đã quen thuộc với thị trường và thường được gửi đến các phòng giám định đá quý. Gần đây, nhóm nghiên cứu đã kiểm tra một viên đá màu xanh phớt lục (hình 4) nhưng thật bất ngờ, hóa ra nó là spodumene.

Mẫu đá mài giác hỗn hợp hình oval, nặng 40,50 ct, kích thước 24,50 × 10,60 × 10,42 mm. Nó có vẻ ngoài khá tối tăm, với các vùng tối (không có lửa) tạo ra bởi bản chất màu xám và giác cắt không phù hợp. Màu sắc khi nhìn trực diện bị ảnh hưởng nặng nề bởi hai màu đa sắc, lục và xanh. Vẻ ngoài tổng thể của mẫu vật giống với tourmaline, mặc dù kiểm tra đặc điểm ngọc học cơ bản đã loại trừ khả năng đó. Các tính chất ngọc học sau đây đã được ghi nhận: hình ảnh quang học — hai trục quang; chiết suất RI — 1,660–1,675; lưỡng chiết suất — 0,015; tỉ trọng thủy tĩnh SG — 3,19; huỳnh quang — trơ; và các dãy hấp thu yếu ở các vùng màu xanh, xanh lục và vàng cam ở khoảng 440, 545 và 600 – 650 nm khi quan sát dưới quang phổ kế để bàn. Các giá trị RI và SG phù hợp với các giá trị được báo cáo cho spodumene trong tài liệu đá quý. Dưới độ phóng đại cho thấy một số ống tăng trưởng hình nón dài bên dưới mặt bàn và các mặt phẳng cát khai dọc theo các vùi cạnh gờ - các bao thể đặc trưng cho spodumene. Đặc điểm nổi bật nhất của mẫu vật là tính đa sắc mạnh của nó (hình 5), hiển thị ba màu: lục, xanh và tím.

Hình 5: Spodumene màu xanh phớt lục bị chiếu xạ nhân tạo cho thấy tính đa sắc mạnh, thể hiện ba màu: xanh (trái), tím (giữa) và lục (phải). Ảnh của Gagan Choudhary.

Phổ hồng ngoại và Raman cũng đã xác thực mẫu đá này là spodumene. Phân tích EDXRF cho thấy sự hiện diện của Al, Si, Fe và Mn, với lượng Fe cao hơn Mn. Quang phổ UV-nhìn thấy-NIR kết hợp kính phân cực trong vùng 200 – 800 nm (hình 6) cho thấy sự khác biệt trong các hình ảnh hấp thu. Theo các hướng trục màu tím và màu lục hiển thị các đỉnh hấp thu nhỏ ở ~ 430 và 437 nm và các dãy hấp thụ trong vùng 500 – 700 nm. Theo hướng trục màu tím cho thấy các đặc điểm hấp thu ở ~ 545 và 630 nm, theo hướng trục màu lục ghi nhận dãy hấp thu ở ~ 545, 605 và 655 nm. Đặc điểm hấp thu ở ~ 437nm đã được gán cho Fe³⁺ (R. Lu, “Nguồn gốc màu sắc của jadeite màu tím: Một cách xác định khác, G&G Winter 2012, trang 273 – 278). Đặc điểm hấp thu ở ~ 430nm đã được gán cho Mn²⁺ và các đặc điểm trong vùng 500 – 700 nm cho các trạng thái hóa trị khác nhau của Mn (Mn³⁺/Mn⁴⁺) và các vị trí của nó trong cấu trúc (xem I. Petrov, “Vai trò của bức xạ tự nhiên trong màu sắc tourmaline: Thảo luận”, American Mineralogist, Vol. 75, 1990, trang 237 – 239). Đặc điểm hấp thu ở ~ 630 nm chỉ ra một tâm sai hỏng thường được tạo ra bởi chiếu xạ (E. W. Claffy, “Thành phần, sự tạo vùng tối và phát quang của khoáng vật spodumene”, www.minsocam.org/ammin/AM38/AM38_919.pdf). Những mẫu này được chiếu xạ qua tia X.

Nhiều thông tin đã cho biết rằng spodumene màu lục không có chromium do đó sắc tố thường là kết quả của sự chiếu xạ, nhưng nhóm nghiên cứu chưa bao giờ quan sát thấy màu xanh phớt lục trong spodumene. Spodumene chiếu xạ màu lục thường hiển thị màu đa sắc xanh mạnh dọc theo trục c. Trong trường hợp này, trục c không được xác định, nhưng có một hướng hiển thị trục màu xanh mạnh và được hỗ trợ thêm bởi đỉnh ở ~ 630 nm cho thấy mẫu đá này cũng được xử lý chiếu xạ.

(Theo Gagan Choudhary (gagan@gjepcindia.com), Gem Testing Laboratory, Jaipur, India, phần Gem News International quyển G&G Winter 2013)

 

Kim Cương Màu Vàng Sáng Từ Sierra Leone

Kim cương được gọi với tên thương mại là kim cương “Vàng Canary” được đánh giá cao về màu vàng bão hòa, gây ra bởi các tạp chất nitrogen cô lập. Khi được mài giác, chúng có thể cho các màu từ vàng đậm đến vàng rực rỡ trong hệ thống phân cấp kim cương màu của GIA. Thật bất thường khi thấy nhiều viên kim cương màu hiếm gặp như thế này từ một vùng mỏ đã được khai thác lâu nay (hình 7).

Gần đây, phòng giám định GIA ở Carlsbad đã có cơ hội kiểm tra tám viên kim cương mài giác và năm viên thô được tìm thấy trong các mỏ sa khoáng ở khu vực khai thác mỏ Zimmi ở quận Pujehun phía Nam Sierra Leone. Israel Eliezri (Coldiam Ltd., Ramat Gan, Israel) đã cho nhóm tác giả mượn để nghiên cứu. Theo ông Eliezri, những viên kim cương thô màu vàng sáng được khai thác trong một lần khai thác định kỳ từ vùng mỏ Zimmi.

Những viên kim cương được kiểm tra có màu vàng bão hòa cao và nặng từ ~ 0,10 ct và viên lớn nhất chỉ hơn 1,00 ct. Kim cương thô khai thác từ địa phương này được báo cáo là có thể có kích cỡ lên tới khoảng 4 ct. Dưới độ phóng đại, chúng thường chứa những tạp chất dường như là các bao thể khoáng vật sulfide kết tinh, với các vết nứt bị graphite hóa được kéo dài ra bên ngoài (hình 8). Phân tích quang phổ hồng ngoại chỉ ra rằng các mẫu nằm trong khoảng từ kiểu Ib tinh khiết đến thành phần thay đổi của kiểu Ib và IaA. Tổng hàm lượng tạp chất nitrogen thay đổi từ 8 ppm (tất cả là kiểu Ib) đến ~ 340 ppm (~ 35 ppm kiểu Ib, ~ 305 ppm kiểu IaA). Các tạp chất hydrogen cũng được phát hiện trong các mẫu có tổng hàm lượng nitrogen cao. Quang phổ trong vùng nhìn thấy chỉ ghi nhận sự tăng dần hấp thu về phía vùng màu tím ở cuối dãy quang phổ do nitrogen cô lập.

Nhiều viên kim cương tự nhiên màu vàng chứa nitrogen cô lập hiện diện dưới dạng các tinh thể thô có hình dạng bất thường, thường có các mặt bên trong ở dạng khối lập phương vạt góc. Tuy nhiên, những viên kim cương thô từ mỏ Zimmi đã cho thấy chúng co hình dạng là những hình khối 12 mặt nhẵn và tròn cạnh. Hình dạng tròn cạnh này làm cho chúng phù hợp hơn nhiều để cắt mài với sự mất trọng lượng là tối thiểu.

Kim cương kiểu Ib thì không phổ biến vì theo thời gian và nhiệt độ, các tạp chất nitrogen cô lập trong mạng tinh thể có xu hướng tập hợp lại, tạo thành các khuyết tật mạng phức tạp hơn, đặc trưng của kim cương kiểu IaA và IaB. Những viên kim cương hình thành gần đây nhất có niên đại khoảng một tỷ năm tuổi, và những ống kimberlite – nơi chứa kim cương – trẻ nhất có tuổi dưới 80 triệu năm. Điều này cho thấy rằng gần như tất cả các viên kim cương dành phần lớn sự tồn tại của chúng ở độ sâu lớn trong lớp vỏ dưới và lớp mantle trên. Không rõ chính xác làm thế nào các tạp chất nitrogen cô lập trong kim cương kiểu Ib tránh được quá trình tập hợp lại cùng nhau. Bí ẩn này làm cho việc phát hiện ra nhiều viên kim cương màu “Vàng Canary” từ một mỏ duy nhất ở Sierra Leone thậm chí còn thú vị hơn, cung cấp một đề tài tiềm năng để nghiên cứu sự hình thành và tồn tại của kim cương kiểu Ib trong tự nhiên.

(Theo James Shigley và Christopher M. Breeding, GIA, Carlsbad, phần Gem News International quyển G&G Winter 2013)

 

Bao Thể Scheelite Và Hübnerite Trong Thạch Anh Từ Trung Quốc

Scheelite, một khoáng vật rất phổ biến đối với các nhà sưu tập, rất hiếm khi được nhìn thấy trong thạch anh (J. Hyršl và G. Niedermayr, Magic World: Inclusions in Quartz, Bode Verlag, Haltern, Đức, 2003, trang 147). Một mẫu thạch anh như vậy, cao 4,5 cm và có ánh đá rất cao (hình 9, bên trái), được thu mua vào năm 2010 từ mỏ khai thác nổi tiếng về tungsten (vonfram), mỏ Yaogangxian ở tỉnh Hồ Nam, Trung Quốc.

Mẫu vật chứa khoảng 25 tinh thể nhỏ hình giả bát diện, lớn nhất khoảng 2 mm với ánh kim cương (adamantine). Hầu hết các tinh thể là màu đen, nhưng một số lại là không màu. Dưới ánh sáng cực tím sóng dài, cả hai loại tinh thể này đều trơ; dưới ánh sáng cực tím sóng ngắn, các tinh thể không màu cho thấy sự phát huỳnh quang mạnh màu xanh nhạt, cho thấy nó phù hợp với khoáng vật scheelite (hình 9, bên phải). Tuy nhiên, các tinh thể màu đen không thì phát quang và các cạnh của chúng có màu nâu đỏ, một màu điển hình cho các thành viên giàu Mn của nhóm wolframite, (Fe, Mn)WO₄. Kiểm tra bằng phổ Raman (thực hiện bởi Giáo sư Albert Gilg, Đại học Kỹ thuật Munich) đã xác định các tinh thể không màu là scheelite (hình 10) và các tinh thể màu đen là khoáng vật hübnerite (hình 11), với đỉnh mạnh nhất ở 877 cm^-1. Hình dạng giả bát diện của chúng đã xác nhận nguồn gốc của chúng là một giả hình của scheelite.

Hình 11: Nhiều tinh thể scheelite trong thạch anh đã bị thay thế một phần bởi hübnerite. Ảnh chụp dưới kính của Jaroslav Hyršl; bề rộng ảnh 3 mm.

(Theo Jaroslav Hyršl (hyrsl@hotmail.com), Pargue, Czech Republic, phần Gem News International quyển G&G Winter 2013)

 

Đá Wurtzite Mài Giác Từ Tanzania

Wurtzite là một đa hình của ZnS, có hệ tinh thể sáu phương (hình lục giác). Nó ít phổ biến hơn nhiều so với sphalerite, đa hình của ZnS ở hệ lập phương. Tất cả các wurtzite được xác định trước đây đều ở dạng chắn sáng đến trong mờ và do đó không thể mài giác. Các lớp wurtzite và sphalerite có thể xen kẽ nhau và được gọi là Schalenblende, một loại sphalerite keo rất hiếm khi được sử dụng mài dạng cabochon. Các tinh thể wurtzite trong suốt đầu tiên được tìm thấy vào năm 2012, tại mỏ tanzanite ở Merelani Hills, phía Nam Arusha, Tanzania (để tìm hiểu thêm thì xem trong www.rruff.info). Các tinh thể, có đường kính lên tới 2 cm thì rất hiếm. Chúng có dạng phiến, với các mặt hình kim tự tháp. Một số tinh thể từ vùng Merelani có các phần gần như không chứa tạp chất (sạch), và vài viên đá quý được mài giác từ chúng (hình 12).

Tám viên đá cắt mài có trọng lượng 0,30 – 1,74 ct đã được sử dụng trong nghiên cứu này. Chúng có màu nâu cam, với ánh á kim và đa sắc rất yếu, gần như không thấy có sự thay đổi màu đa sắc. Các chỉ số chiết suất của những viên đá này vượt quá giới hạn đo của chiết suất kế thông thường, trong tài liệu nghiên cứu trước đây ghi nhận là 2,36 và 2,38 (J. Bernard và J. Hyršl, Minerals and their Localities, Granit, Czech Republic, 2004, trang 666). Chúng có độ lưỡng chiết rất thấp, được xác nhận bằng việc không nhìn thấy hiệu ứng nhân đôi cạnh giác. Giá trị tỉ trọng đo được từ hai trong số các tinh thể là 3,78 và 3,85; độ cứng đo được là 3,5. Những viên đá này là khoáng vật một trục, quang dấu dương và trơ dưới cả cực tím UV sóng dài và ngắn. Phổ UV-Vis-NIR của chúng (hình 13) thể hiện ngưỡng giới hạn trên ở 545 nm. Những viên đá này cho thấy chúng là các tinh thể dị hướng và cấu trúc tăng trưởng lục giác khi nhìn dưới kính hiển vi. Bởi vì sự hiếm có và giá trị cao của các tinh thể đá ở Tanzania nên các viên đá wurtzite mài giác chắc chắn sẽ thu hút sự chú ý của các nhà sưu tập đá quý. (Theo Jaroslav Hyršl, phần Gem News International quyển G&G Winter 2013)

 

Phản Ứng Dưới Đèn Cực Tím Của Opal

Hai viên opal màu trắng sữa đã được đánh bóng, nặng 2,66 và 2,48 ct, gần đây đã được kiểm tra tại phòng giám định của GIA ở Carlsbad (hình 14). Chỉ số chiết suất điểm của 2 mẫu lần lượt là 1,44 và 1,43, phù hợp với opal. Các viên đá được đặt dưới ánh sáng cực tím sóng dài (LWUV) như là một phần của các phương pháp kiểm tra thông thường.

Sau khi được mang ra khỏi nguồn chiếu sáng tia UV, rõ ràng màu opal đã thay đổi thành màu đỏ cam sáng. Nhiều phương pháp kiểm tra ngọc học tiếp theo đã xác nhận rằng các mẫu vật đã được ngâm tẩm một chất làm thay đổi màu theo nguồn sáng, không rõ chính xác là chất gì, khi nó tiếp xúc với tia UV. Sự thay đổi màu sắc (hình 15) xảy ra sau khoảng một phút phơi nhiễm trong ánh sáng cực tím. Màu đỏ cam nhạt dần hoàn toàn khoảng năm phút sau khi đem nó ra khỏi nguồn UV. Hơn nữa, khi các mẫu vật được đặt gần cửa sổ, ánh sáng mặt trời cung cấp đủ bức xạ UV cũng hoàn toàn có thể gây ra sự thay đổi thành màu đỏ cam. Hiệu ứng này có thể đảo ngược và lặp lại, được gọi là tenebrescence – hiệu ứng “tạo bóng râm” (là sự hấp thu ánh sáng bởi tinh thể dưới ảnh hưởng của phóng xạ), đôi khi được thấy trong các khoáng vật tự nhiên, đáng chú ý nhất là trên khoáng vật hackmanite. Khi đá phơi nhiễm dưới ánh sáng của đèn sợi đốt nóng làm phai màu nhanh hơn, đó là một tính chất khác của hiệu ứng “tạo bóng râm”. Phơi nhiễm với tia cực tím sóng ngắn không tạo ra bất kỳ hiệu ứng rõ ràng nào đối với màu sắc viên đá.

Thực tế là opal hydrophane (ái nước) dễ dàng cho phép ngấm nhiễm các chất lạ, điều này đã được giới thiệu trước đây (N. Renfro và S. McClure, (N. Renfro and S. McClure, “Dyed purple hydrophane opal”, Winter 2011 G&G, trang 260 – 270). Trong trường hợp này là tẩm nhuộm với một chất làm thay đổi màu sắc tổng thể bên ngoài của viên đá, nhưng không thay đổi luôn màu sắc của đá khi tiếp xúc dưới đèn cực tím. Việc ngâm tẩm opal bằng một hóa chất phản ứng với tia cực tím để làm cho opal dường như trở thành có hiệu ứng “tạo bóng râm” chưa từng được ghi nhận trước đây. Tuy nhiên chất được sử dụng để ngâm tẩm opal có ảnh hưởng đến màu sắc ban đầu hoặc độ trong suốt của đá hay không, cũng như sự ổn định của phương pháp xử lý này thì vẫn chưa được biết. (Theo Troy Ardon, phần Lab Notes quyển G&G Spring 2014)