Рассказы о драгоценных камнях
Шрифт:
Ультрамарин — синяя краска — синтезирован, но крупнокристаллический плотный агрегат — драгоценный лазурит — пока еще никем не получен. По многим примерам известно, что получение крупных кристаллов часто представляет весьма большую трудность, иногда это даже труднее, чем синтез вообще. Очевидно, синтез крупнокристаллического драгоценного лазурита — это задача будущего.
Для минералога лазурит представляет собой большую и еще не совсем расшифрованную загадку. Во-первых, необычен химический состав лазурита. Прежде всего это силикат, т. е. минерал, основу которого составляют кремний и кислород. Обычно в силикаты входят глинозем и различные щелочные и щелочноземельные элементы. Все это характерно и для лазурита, но, кроме того, в состав лазурита входит сера — элемент, совершенно не свойственный силикатам; это
Второй загадкой лазурита является его цвет. Силикаты, как правило, совершенно бесцветны. Окраску им, всегда очень слабую, придает примесь тяжелых металлов, или, как их иногда называют, «хромофоров». Особенно сильным хромофором является хром, придающий зеленую или красную окраску гранатам, зеленую окраску — изумрудам. Несколько менее интенсивную окраску силикатов вызывает железо, как в окисной, так и в закисной формах. Окисное железо окрашивает обычно силикаты в желтый или красно-бурый цвет. Такую окраску можно было видеть на примере полевых шпатов Мадагаскара. Закисное двухвалентное железо окрашивает силикаты обычно в синевато-зеленый цвет. Прекрасный пример этого — окраска аквамарина. Для медных соединений характерна яркая зеленая окраска. Эта привычная связь окраски и содержания в минерале тяжелого элемента, видимо, и была причиной того, что в приведенной в заголовке цитате из сводки Брикмана говорится о содержании меди в лазурите. Совершенно прав был Василий Беспалов, указывая на полное отсутствие меди в лазурите, но, в свою очередь, и он ошибался — лазурит, как оказывается, тоже может совершенно не содержать железа.
Единственной остающейся возможностью является предположить связь цвета лазурита с присутствием в нем серы. Однако и это предположение в высшей степени неожиданно; хромофоры везде проявляют свою способность окрашивать бесцветные вещества, если они входят в эти вещества, сера же входит в состав очень многих минералов, не содержащих хромофоров, и везде и всегда эти минералы бесцветны, а часто и прозрачны. Можно вспомнить здесь хорошо известные всем квасцы или английскую соль, куда сера входит в довольно больших количествах. Сказанное заставляет предположить, что цвет вызывает необычное ионное состояние серы, входящей в структуру минерала. Конечно, это только предположение, и необходима еще большая научная работа, чтобы доказать его. Пока же все имеющиеся факты с ним согласуются.
Природа силикатов во многом зависит от условий, в которых эти минералы образуются. В тех случаях, когда в данном месте в природе хватает и кислорода, и кремния, оба эти элемента могут соединяться между собой, давая единую кристаллическую постройку, представляющую собой бесконечный каркас, полностью и равномерно заполняющий пространство; так кристаллизуется минерал кварц. При дефиците кремния в каркасе на его место может стать алюминий, но первый — четырехвалентен, а второй — трехвалентен. Ненасыщенная четвертая валентность кислорода, которая ранее уравновешивалась кремнием, здесь должна удовлетворяться щелочным элементом. Наиболее часто это бывает натрий; образуется весьма распространенный минерал — альбит. Натрий находит себе место в каркасе, но, правда, при этом форма каркаса несколько искажается. Еще больший дефицит кремния ведет к замещению двух его атомов на алюминий. Остаются две свободные кислородные валентности, которые могут заместиться или одним кальцием, если он есть в растворе, или двумя ионами натрия. В первом случае формируется минерал анортит, а во втором — нефелин. Ну, а если в данном месте кремнекислоты не хватает и для создания нефелина мало и алюминия — как природа поступает тогда? Отказывается от энергетически очень выгодной каркасной структуры? В ряде случаев — да, но и каркасная структура еще имеет ряд возможностей.
В межкаркасных пустотах можно поместить еще некоторые группы элементов, сами по себе нейтральные. Это может быть хлористый или сернокислый натрии, сернокислый кальций и т. д. Входя в каркас, эти соединения меняют свойства минералов и, что, пожалуй, сейчас для нас наиболее важно, затрудняют прохождение света через эти кристаллы. Однако, чтобы получить окраску, такие минералы (гаюин, содалит, нозеан и другие) должны подвергнуться радиоактивному облучению. В недрах всегда имеется очень слабая радиоактивность, которая
Лазурит относится к минералам именно этой структурной группы, и по составу, и по структуре он весьма близок к гаюину, но цвет лазурита весьма устойчив. Даже в тончайшем порошке он обладает очень прочным ярким сипим цветом. Исследователи полагают, что причиной этого является появление нескомпенсированных заряженных ионов в гаюине, вызванных радиоактивным облучением, а в лазурите — обусловливается его кристаллизацией. Многое здесь, конечно, не ясно, но совершенно очевидно то, что если удастся полностью понять структурную и химическую причины появления устойчивой очень яркой окраски лазурита, то это сулит расшифровку генезиса многих веществ и позволит получить многие разновидности силикатных красок.
Обратимся теперь к месторождениям лазурита в природе. Самым интересным среди них, пожалуй, является месторождение в США, в свите Грин-Ривер. Здесь нет ни крупных кристаллов лазурита, ни крупных его синих кусков, из которых можно было бы сделать хотя бы брошку или вставку в кольцо. Здесь открыты только мельчайшие, с трудом различимые под микроскопом зерна. Их размеры всего лишь 5—15 мкм, но для геолога эти находки полны глубокого смысла, так как открывают многие тайны условий образования этого минерала.
В центральной части США, главным образом на территории штата Вайоминг и отчасти в штатах, расположенных к югу и востоку от него, развита очень своеобразная толща пород, сложенная осадками многих, длительно существовавших здесь (40–45 млн. лет тому назад) озер. Свиту эту по речке, где впервые описаны слагающие ее породы, назвали свитой Грин-Ривер (зеленой рекой). Сначала на эту свиту обратили внимание ученые. В ней оказались многие минералы, которые ранее встречались только в магматических породах, но условия нахождения этих минералов и их весьма совершенные кристаллические формы свидетельствовали, что минералы эти образовались именно в этой свите. В числе редких вообще минералов в этой толще оказались трона — водосодержащий содовый минерал и давсонит — углекислый натрий и алюминий. Преобладают же в свите сильно битуминозные глинистые сланцы.
Дальнейшие исследования показали, что трона иногда вместе с солью образует довольно мощные слои. Свитой заинтересовались промышленные фирмы, началась разведка, которая показала, что запасы содового сырья здесь огромны. Сейчас в Вайоминге существуют крупные рудники, дающие США значительную часть всей потребляемой этой страной соды. Дальнейшие исследования показали, что сами битуминозные сланцы свиты представляют ценнейший источник энергетического топлива; было выявлено, что давсонит тоже образует крупные пласты, что из него очень легко получить алюминий и что запасы такого алюминия в свите Грин-Ривер соизмеримы с мировыми ресурсами алюминия в других алюминиевых рудах. Изучение свиты Грин-Ривер может быть примером, когда исследования, начатые как чисто теоретические, в конце приносят огромный практический результат.
В процессе разведки свиты Грин-Ривер из одной буровой скважины был извлечен столбик породы (керн), где были синие пятна. Разведчики не сумели определить этот минерал и передали его для изучения известному американскому исследователю глин У. Бредли, который, применив ряд очень «хитрых» методов, сумел показать, что в куске среди троны и соли образовались листочки талька и крохотные кристаллики лазурита. Кристаллы лазурита использовали для своей постройки весь глинозем, который был в растворе, тальк — оставшуюся кремнекислоту и магний. Крайне характерно, что весь процесс образования лазурита шел в условиях очень большого избытка щелочей, что, как мы видели, типично и для условий искусственного синтеза этого минерала. Очень примечательно также, что кристаллизация лазурита в Грин-Ривер происходила при относительно низких температурах. Все это свидетельствует о том, что для получения лазурита необходимо только существование своеобразной физико-химической среды. Редкость лазурита, таким образом, обусловливается именно редкостью этих условий.