Naujo brangakmenio ir berilo mineralo atmainų identifikavimo metodikos pristatymas tarptautinėje gemologinių tyrimų

konferencijoje, ir simpoziume 2006 m. San Diege

Mineralo berilo atradimų pristatymas tarptautinėje gemologinių tyrimų konferencijoje, ir simpoziume 2006 m. San Diege

Moksliniai gemologiniai tyrimai Lietuvoje vykdomi ne taip seniai. Pradėjau šiuos tyrimus 1994 m. Tačiau per trumpą laikotarpį pasiekiau gerų rezultatų. Atrastas naujas brangakmenis – chromakvamarinas. Tai nauja berilo mineralo atmaina. Tiriant kaitinimo metu spalvos keitimąsi geležingiems berilams nustatytas spalvos išblukimas, keičiantis žalsvai spalvai į melsvą ir paaiškintas šis spalvos keitimosi nuoseklumas. Sukurtas “Berilo spalvų ratas“, kuriuo pasinaudojus galima išspręsti neaiškumus, kuriai atmainai priskirti tiriamą berilą. Atrasta unikali kaitintų akvamarinų savybė - „spalvos atmintis“ ir surastas metodas paveiktiems akvamarinams nustatyti.Šie moksliniai atradimai ir naujovės sudomino pasaulio mokslininkus. Pristatyti šiuos darbus buvau pakviestas į IV Gemologinių Tyrimų Konferenciją ir Tarptautinį Gemologijos Simpoziumą 2006 San Diegą, Kaliforniją. Gemologijos krypties konferenciją ir simpoziumą organizavo Amerikos gemologijos institutas (GIA). Šis renginys vyksta kas septyni metai. Į kurį patekti buvo galima tik su naujais tyrimais ir atradimais. Todėl praktiškai šioje konferencijoje darbus pristatė tik kviestiniai mokslininkai. Be to mokslinių tyrimų rezultatus recenzavo keturi recenzentai. Tai labai aukšto lygio mokslinė konferencija ir gemologijos simpoziumas.Konferencijoje ir simpoziume dalyvavo daugiau nei aštuoni šimtai mokslininkų ir 1332 dalyvių apie du tūkstančiai gemologijos srities specialistų iš įvairių pasaulio šalių. Pranešimų skaičius buvo limituotas: žodinių – apie šešiasdešimt, o stendinių - apie devyniasdešimt. Nors ir nedaug pranešimų, tačiau juos pristatė iš keturiasdešimt dviejų valstybių. Didelė garbė teko ir man atstovauti Lietuvai. Tai pirmą kartą istorijoje kai iš Lietuvos specialistų įkėlė koją į labai aukšto lygio gemologijos krypties konferenciją, simpoziumą.

Kas yra gemologija?

Gemologija (lot. gemma – brangakmenis + gr. logos – mokslas) – tai mokslas apie brangiuosius ir juvelyrinius akmenis. Gemologija apima brangiųjų ir juvelyrinių akmenų įvairių savybių tyrinėjimą, apdorojimą, jo evoliuciją, madas, nustato jų vertę ir kitus aspektus. Šiuolaikinė gemologija – tai sudėtinis kompleksas įvairių sričių, kuris siejamas su geologinėmis, mineraloginėmis–petrologinėmis, fizikinėmis–cheminėmis, technologinėmis, socialinėmis–teisinėmis, kultūrinėmis–istorinėmis, ekonominėmis ir kitomis mokslinėmis–praktinėmis sritimis.Gemolgija kaip nauja mokslinė – praktinė sritis minima jau XIX a. pabaigoje. Pirmoji gemologijos asociacija įkurta 1908 m Didžiojoje Britanijoje, draugija – 1934 m JAV. Lietuvoje gemologų draugija įkurta 1994 m prie VU geologijos ir mineralogijos katedros. Jos iniciatoriai ir steigėjai dr. A. Kleišmantas, G. Kleišmantas, A. Kartavičius, dr. P.

Musteikis. Tai pirmoji gemologijos draugija, kuri įkurta po nepriklausomybės atstatymo iš visų valstybių kurios priklausė sovietiniam rėžimui.

Berilo mineralo sudėtis ir atmainos

Berilas (grynas Be3Al2[Si6O18]) yra žiedinis silikatas su heksagonine struktūra (1pav.) (R. V. Karanth, 2000) (1 pav.).

(1pav.)

Berilas yra įvairių spalvų. Spalva lemia berilo pavadinimą (1 lentelė), išskyrus keletą atmainų kurių pavadinimą lemia ne tik vizualiai nustatyta spalva, bet ir priemaišinių cheminių elementų derinys.

1 lentelė. Berilo atmainos bei jų spalvos.

Berilo atmaina Spalva

Smaragdas žalia, šviesiai žalia, melsvai žalia, tamsiai žalia

Vanadžio berilas įvairiai žalia

Chromakvamarinas* melsva, žalsvai žydra, žaliai mėlyna/ mėlynai žalia, labai stipriai melsvai žalia

Akvamarinasžydra ,melsva, žalsvai mėlyna, žaliai mėlyna/ mėlynai žalia

Maksikse akvamarinas mėlyna, melsva

Žalias berilas žalia, melsvai žalia, žalsva, gelsvai žalia

Heliodoras žalsvai geltona

Auksinis berilasgeltona, oranžiniai geltona, gelsvai oranžinė, gelsvai ruda

Morganitas arba Vorobjevitas rausvai oranžinė, oranžiniai raudona, raudona, purpuriniai raudona

Biksbitas raudona, purpuriniai raudona

Gošenitas bespalvė

Rosteritas bespalvė

* - nauja atmaina, autoriaus papildymai.Berilo ir jo atmainų pavadinimų kilmė:

Berilas - iš graikų kalbos “beryllos” – žalias mineralas.Smaragdas - iš graikų kalbos “smaragdos” - žalias akmuo.

Chromakvamarinas – nuo cheminio elemento chromo ir melsvo akvamarino atspalvio. Šį pavadinimą pateikė autorius.Akvamarinas - iš lotynų kalbos “aqua marine” - jūros vanduo.Heliodoras - iš graikų kalbos “helios” saulė ir “doron” – dovana.Morganitas - pavadintas amerikiečių brangakmenių kolekcionieriaus, bankininko, J.P. Morgan garbei.Vorobjevitas: pavadintas rusų mineralogo V.J. Vorobjov garbei.Gošenitas: nuo radimvietės Goshen, Masačiusetsas, JAV.

Berilų tyrimų metodai

Konferencijoje ir simpoziume buvo pateikti šie tyrimo metodai: kolorimetriniai, kaitinimo, cheminių elementų Atlikti šie berilo mineralams tyrimai: kristalocheminiai, kaitinimo, kolorimetriniai, tankio, optiniai lūžio rodiklių, kristalo struktūros. Atliktas spalvos aprašymas pagal Amerikos gemologijos institute naudojamą sistemą. Iš viso tirta 238 berilo pavyzdžiai. Konferencijoje ir simpoziume buvo pateikti tik dalis šių tyrimų.Spalvos tyrimai kolorimetriniu metodu buvo atlikti 82 įvairių spalvų bei bespalviams berilo mineralams iš Rusijos, Zambijos, Brazilijos, Australijos, JAV ir pietinės Afrikos. Berilo praleidimo spektrus registravome su dvispinduliniu spektrofotometru Pye Unicam 8800. Spalvinę analizę atlikome 380-800 nm srityje, 10 nm žingsniu, naudodami D65 šviesos šaltinį. Buvo naudojamas algoritmas, pasiūlytas CIE* (1931) (Judd ir Wyszecki, 1978). Apskaičiavome spalvingumo koordinates x, y. Gautas spalvingumo koordinates perkėlėme į CIE (1931) spalvų trikampius. Kaitinimo tyrimai buvo atlikti 11 gelsvų spalvų berilams iš Rusijos. Pavyzdžiai buvo kaitinami elektrinėje krosnelėje laipsniškai didinant temperatūrą 5ºC ir po kiekvieno temperatūros pakėlimo buvo nustatoma mineralo spalva. Kiekvienas temperatūros pakėlimas buvo laikomas apie 10 min.Cheminių elementų kiekiai buvo tirti melsvų ir žalsvų atspalvių berilams iš Zambijos ir Australijos. Tyrimai atlikti elektroniniu su Rentgeno spindulių mikroanalizatoriumi mikroskopu JXA-50A.

Berilų spalvos išblukimas ir spalvos keitimo nuoseklumas

Atliekant kaitimo tyrimus buvo nustatytas naujas reiškinys. Jau seniai buvo žinoma, kad kaitinat įvairiai gelsvų spalvų berilus jų spalva kinta. Gelsva spalva kinta į melsvą, tai yra pakaitinti auksiniai berilai ir heliodorai tampa akvamarinais. Kaitindamas gelsvų spalvų berilus nustačiau, kad berilo mineralų, kurių sudėtyje yra spalvą lemiančios Fe3+, spalvos kitimo schema, keliant temperatūrą yra tokia: gelsvai rudageltonagelsvažalsvabespalvė su lengvai žalsvai melsvu atspalviumelsva. Šių tyrimų naujumas yra tai, kad žali berilai išblykšta (Kleišmantas, 2003, 2006) esant 420oC temperatūrai žalsvai spalvai keičiantis į melsvą (2 pav.). Galėtume tai pateikti kaip naujovę ir vaivorykštės spalvose tarp žalsvos, ir melsvos spalvos yra bespalvė zona. Manyčiau, kad tai gali pasireikšti tik prie tam tikrų sąlygų.

* CIE Commerssion International de I'Eclaire (pranc.), (International Commission on Illumination).

Golden beryl Heliodor Aquamarine

<300 360 365 380 385 405 415 430t ( C)0

Greenberyl

Goshenite

~420

colouryellowishbrown

yellow light yellow light greencolour ess lightly bluishl , s

light blue

variety

Fig. 1. beryl varieties .Color alteration sequence in iron-bearing during heating

Geležingų berilų atmainos įvairiose spalvų sistemose

Žalsva spalva gali pasikeisti į melsvą tik kirtusi bespalvę zoną. Tai įrodoma spalvų kitimo seką, perkėlus į Getės spalvų ratą, Maksvelo trikampį (Agoston*, 1982) ir CIE (1931) spalvų trikampį. Spektrofotometru nufotografavę įvairių berilo atmainų spalvų praleidimo spektrus ir perkėlę į CIE (1931) spalvų trikampį, gauname nuoseklią spalvų seką, kuri atitinka berilo atmainas: auksinį berilą → heliodorą → žalią berilą → gošenitą → akvamariną (? pav.). CIE (1931) spalvų trikampyje ryškiai išsiskiria auksinis berilas ir heliodoras kaip atskiros atmainos. Remiantis įvairiais šaltiniais tik nedaugelis autorių auksinius berilus ir heliodorus išskiria kaip atskiras atmainas. Amerikos gemologijos instituto, kaip pasaulyje lyderio gemologijos srityje, berilo atmainų klasifikacijoje auksinio berilo nemini. Ši atmaina sutapatinama su heliodoro atmaina. Šiais tyrimais įrodžiau, kad auksinis berilas yra kita atmaina nei heliodoras.

Nauja berilo atmaina - chromakvamarinas

Tobulindamas žinias Indijoje susidomėjau melsvais mineralais esančiais smaragdų žaliavoje iš Zambijos radimvietės Kafubu kasyklos. Šiuos mineralus įsigijau iš Indijos verslininkų, kaip akvamarinus. Tačiau ištyrus jų cheminę sudėtį, paaiškėjo, kad atradau naują berilo atmainą, kurią pavadinau chromakvamarinu (Kleišmantas, 1998, 2001, 2003, 2006, Kleišmantas ir Skridlaitė, 2004). Vėliau tiriant melsvus berilus iš Australijos Poona kasyklos taip pat išskyriau šią naują atmainą. Šios atmainos cheminė sudėtis yra artima smaragdams, tačiau juose yra žymiai didesnis kiekis Fen+ (0.475-1.11%) nei Cr3+

(0.081-0.146%) ar V3+(0-0.018%). Fe2+ būdama berilo kristalo gardelės kanale suteikia mineralui melsvą spalvą (Viana & et.*, 2002). Chromakvamarine turėtų būti Fe2+ didesnis kiekis kristalo gardelės kanale, o ne struktūros oktaedro vietoje. Tai būtų galima pavadinti melsvos spalvos smaragdą. Tačiau smaragdas būna tik žalios spalvos. Melsvos spalvos būna tik akvamarinas. Dėl cheminio elemento chromo jis priklausytų smaragdams, o dėl spalvos - akvamarinams ar geležingiems žaliems berilams. Todėl šis unikalus mineralas buvo lig šiol neteisingai vadinamas. O ir parduodamas buvo klaidingai. Smaragdai yra žymiai vertingesni nei akvamarinai ar dar mažiau vertingų žalių berilų. Ši nauja atmaina buvo pripažinta tarptautinėje gemologinių tyrimų

konferencijoje ir gemologijos simpoziume San Diege. Dabar reikia tik laiko, kad ši nauja atmaina papultų į prekystalius su nauju pavadinimu ir didesne kaina nei lig šiol.

„Berilo spalvų ratas“

Pasinaudojus „Getės spalvų ratu“ berilo atmainų įvairovei atspindėti sudarytas „Berilo spalvų ratas“ (Kleišmantas, 2003, 2006) (2 pav.), kuris išsprendžia neaiškumus kurioms atmainoms priskirti tiriant panašių atspalvių pavyzdžius. „Berilo spalvų rate“ užimama mineralo atmainos vieta priklauso nuo spalvos, cheminių elementų sudėties, jų oksidacinio laipsnio ir užimamos vietos kristalo gardelėje. Ši schema patvirtinama kolorimetrijos metodu gautais tyrimų duomenimis (? pav.). Chromakvamarinas (Cr3+<Fe2+) yra nauja berilo atmaina, kuri tiek chemine sudėtimi, tiek išsidėstymo vieta „Berilo spalvų rate“ neatitinka žalio berilo ar akvamarino atmainų. Taip pat ši schema gali būti pritaikyta ir kitiems mineralams.

Unikalus atradimas – „spalvos atmintis“

Atlikus geltonų berilų praleidimo spektrų tyrimus, šie mineralai buvo pakaitinti. Pakartotinai nufotografuoti gautų akvamarinų praleidimo spektrai. Perkėlę šiuos duomenis į CIE (1931) spalvų trikampį gavome grafiką, kuriame melsvas atspalvis liko geltono atspalvio grafiko pusėje ir spalvų bangų ilgiai liko tokie patys - gelsvų atspalvių. Tai būtų galima vadinti „Spalvos atmintimi“ (Kleišmantas, 2003, 2006). Kaitintas berilas turi „Spalvos atmintį“, nes išliko kristale prieš paveikimą buvusios spalvos centrai, o žmogaus regėjimas nesugeba fiksuoti buvusio gelsvai rudo ar geltono atspalvio atminties spektro. Kolorimetrijos tyrimo metodu galima nustatyti ar berilas yra kaitintas.

Literatūra: Agoston G. A. 1982. Colour theory and its application in art and design (in Russian).

Moscow. 62-113. Viana R.R., da Costa G.M., De Grave E., Jord-Evangelista H., Stern W.B. 2002.

Characteriztion of beryl (aquamarine variety) by Mőssbauer spectroscopy. Physics and Chemistry of Minerals. 29.78-86.

Karanth R.V. 2000. Gems and gem industry in India. Bangalore: Geological Society of India. 405.

Kleišmantas A. 1998. Berilų grupės mineralų gemologiniai tyrimai. Geologijos akiračiai 3.14-27.

Kleišmantas A. 2001. Berilo grupės mineralų cheminė sudėtis, spalva ir temperatūros poveikis jiems. Mokslas gamtos mokslų fakultete. 149-162.

Kleišmantas A. 2003. Effects of chemical composition and temperature on the formation of beryl varieties. Geologija. 41.3-13.

Kleišmantas A., Skridlaitė G. 2004. Smaragdų ir chromo akvamarinų spalvos bei sudėties priklausomybė nuo susidarymo sąlygų. Geologija. 48. 15-21.

Kleišmantas A. 2006. Identification of Beryl Varieties: “Beryl Color Circle,” “Color Memory,” and a Proposed New Variety—Chromaquamarine. Gem & Gemology. Atiduotas spausdinimui.

Judd D.B. and Wyszecki G. 1978. Color in business, science and industry (in Russian). Moscow. 132-204.