СИМФОНИЯ РАДУГИ
В. Белов. В условиях пластичности и высокой температуры атомы магмы постепенно компонуются в зачаточные кристаллы полевых шпатов и кварца.
Безмерно простирающийся кружевной каркас поглощает и другие атомы. Легкие и крупные атомы калия, натрия, кальция, несущие большой заряд, все они находят пристанище в этих алюмокремнекислородных кружевах.
Более того, часть калия замещается барием, цезием, рубидием, на место кальция встает железо или стронций. Но вот магма все более густеет, решетки кристаллов становятся жесткими, они уже не в силах вместить всех чужаков без разбора. И в монолитных на поверхностный взгляд кристаллах начинается разброд, распад. Правда, распад этот носит весьма организованный характер на это они и кристаллы. В кристалле, ограниченном, упрощенно говоря, параллелепипедом (коробкой), возникают участки (домены), в каждом из которых наблюдается закономерное тончайшее переслаивание полевых шпатов разного состава: слой кальциевого полевого шпата, например андезина, слой натриевого альбита.
Так устроены перестериты, отливающие радугой. Так же примерно выглядят под оком электронного микроскопа лабрадорит и беломорит.
 |
| Сросток кристаллов адуляра |
А вот с солнечными камнями дело обстоит несколько иначе. Распад при остывании привел здесь к выпадению железа в виде микроскопических зеркал закономерно ориентированных пластиночек гематита.
И от каждой такой пластинки отражается луч света отдельный световой зайчик: минерал мерцает.
 |
| Кристаллы ортоктаза в пегматите |
Интерес к камню, как и все прочие общественные увлечения, подвержен колебаниям взлетам и спадам. В начале XIX в. интерес к природным диковинкам дендритам, кораллам, окаменелостям был неистощим. Тогда-то и появились в Европе впервые лунные и таусиные камни, и сразу взмыли на самый гребень волны модных увлечений. Постепенно интерес к ним несколько ослаб: ведь особенно красивы они были лишь в короткие мгновения. К тому же огранка, так украшающая прозрачные камни, к ним неприменима: их красоту выявляет лишь округлый или плоский кабошон, вырезанный точно по размеру иризирующегоучастка.
Однако в последние годы благодаря общему подъему интереса к камню во всем мире лунные и солнечные камни в чести. Чтобы насытить спрос любителей таинственного лунного сияния, уже не хватает природных камней: ювелирные фирмы выбросили на рынок красивую имитацию бесцветную синтети ческую шпинель, отшлифованную кабошоном.
На нижнюю, плоскую часть этого кабошона нанесен тон кий слой голубой эмали или синеватого металлического сплава. Массивный же лабрадорит, крупные месторождения которого исчисляются тысячами тонн, человек никогда не обходил вниманием: из них полируют плиты для облицовки цоколей колонн, зданий, памятников и т. д.
Но лунные, солнечные или радужные камни лишь самая малая часть всех полевых шпатов25. Нолевые шпаты самые распространенные на земле минералы: они составляют около 60% всего объема земной коры.
Из полевых шпатов на 3/4 состоят граниты и похожие на них сиениты и почти на 60% упоминавшиеся выше зернистые темные породы габбро. Они слагают вкрапленники в застывших лавах, ими сложены больше чем наполовину пегматитовые тела.
Граниты, сиениты, пегматиты разрушаются на отдельные зернышки песок. Если вы возьмете песок на ладонь и вглядитесь в него, то увидите на некоторых зернышках блестящие плоскости спайность, сразу выдающую полевой шпат. Геологические процессы приводят к образованию из песка песчаников. И в них часто главную роль вместе с кварцем играет полевой шпат. А если горные породы оказались в зоне горообразования и перенесли колоссальные давления и температуры, то все они и изверженные, и возникшие из них осадочные превращаются в метаморфические породы: гнейсы или сланцы.
В них тоже очень много тюлевого шпата. Пожалуй, нет полевых шпатов лишь в карбонатных осадках.
Но если земная кора больше чем наполовину сложена полевыми шпатами, стоит подробнее остановиться на их составе и строении. По химическому составу полевые шпаты так и различаются на две подгруппы: натриево-кальциевые полевые шпаты (плагиоклазы) и калинатровые полевые шпаты (ортоклаз и микроклин).
Плагиоклазы представляют собой непрерывную смесь двух компонентов: натриевого полевого шпата альбита и кальциевого анортита (сияющий- радужной иризацией Лабрадор по составу примерно посередине между ними, а беломорит олигоклаз ближе к альбиту). Калиевые полевые шпаты могут удержать в кристаллической решетке лишь незначительную примесь собственного натрия, но зато они почти всегда содержат тонкие или грубые вростки альбита.
Именно такие тончайшие пластиночки альбита заставляют, как вы, наверное, помните, калиевый шпат адуляр светиться и переливаться лунным светом.
Полевые шпаты редко образуют хорошо оформленные кристаллы. Припомните облик хорошо известных вам зернистых пород, например гранита: среди его округлых и угловатых зерен преобладает полевой шпат.
Если приглядеться, его нетрудно отличить от законных соседей и кварца или слюды по ряду характерных признаков. Прежде всего это спайность. Та самая способность легко раскалываться на пластинки, заложенная уже в самой неоднородности кристаллической решетки этих минералов. Спайность настолько характерна для всех полевых шпатов, что и большинство названий минералы этой группы получили в зависимости от того, под каким именно углом они раскалываются на спайные брусочки. Так, название ортоклаз это соединение двух греческих слов: ортос прямой и клазис излом.
Плоскости спайности в нем расположены под прямым углом. Микроклин состоит из слов микрос небольшой и клинен наклонять (действительно, угол наклона между спайно-стями отклоняется от 90 всего на полградуса), А вот плагиоклаз происходит от слова плагиос косой (в нем этот угол составляет 86 87).
Спайность определяет и два других свойства: характерный ступенчатый излом и перламутровый блеск, часто пробегающий по свежему спайному сколу. Чрезвычайно характерны и такие общие для всех полевых шпатов свойства, как светлые окраски: белые, светлосерые, красноватые, голубоватые или зеленоватые и невысокая (значительно меньшая, чем у кварца) твердость (5 6) и их малый (2,5 2,8) удельный вес.
Как и в других главах этой книги, мы начали знакомство с группой плагиоклазов с ее самых ярких и запоминающихся представителей: Лабрадора и олигоклаза. Из остальных плагиоклазов, пожалуй, самый характерный и распространенный альбит, чисто натриевый полевой шпат. Альбит значит белый, от латинского слова альбус. Он вправду почти всегда белый: сахарно-белый, фарфорово-белый, перламутро-во-белый.
Тонкие белые пластинки альбита можно бывает различить в зернистых альбитизированных породах. А если поднести к глазам лупу, такие же пластинки видны и в сплошном зернистом агрегате, выглядевшем как сахар-рафинад и так и называющемся сахаровидный альбит.
Не разглядеть их без микроскопа, разве только в сплошном фарфоровидном альбите, возникающем обычно за счет замещения более ранних минералов и в точности похожем на неглазурованный фарфор. Этот полевой шпат образуется при сравнительно низких температурах, и его появление почти всегда результат воздействия поздних, часто рудоносных растворов.
Присутствие в породах альбита указывает геологам на возможность обнаружить месторождения тантала, ниобия, бериллия, лития, цезия.
Возникает альбит и на поздних стадиях образования пегматитов. Здесь он особенный и имеет свое название клевеландит. В пегматитовых жилах клевеландит часто светло-голубой.
Его слегка изогнутые, тесно сросшиеся пластинки здесь довольно крупные до 4 5 см. Их сплошные лучистые агрегаты образуют подобия вееров, снопов или многолепестковых цветов. Но самые эффектные розетки клевеландита вырастают, конечно, в минералах пегматитов.
Здесь они гнездятся у подножия крупных призматических кристаллов калиевого полевого шпата в виде тонких, часто совершенно прозрачных и бесцветных пластинок размером 1 2 см, срастающихся в причудливые розетки и ажурные шары. В пегматитах Волыни такие ребристые полусферы достигают размеров чайной чашки, а то и блюдца.
Совсем другой облик имеют калиевые полевые шпаты. Самые распространенные из них ортоклазы и микроклины вы наверняка помните с детства. И не только по маленьким светло-бурым камешкам, колющим босые ноги на тропе или вспаханном поле. Прежде всего по шершавым, рябым камням гранитных парапетов, по блестящим розовым цоколям зданий.
Прекрасные крупные кристаллы калиевого полевого шпата можно разглядеть в монолитных гранитных колоннах Исаакиевского собора и Александрийского столпа (монумента, воздвигнутого в честь победы в Отечественной войне 1812 г.) в Ленинграде. Интересно выискивать сплошные полевошпатовые прожилки в гранитах, в их расширениях всегда можно увидеть целые столбчатые кристаллы.
Такие же кристаллы, только еще больше и совершеннее, образуются в миаро-ловых пустотах пегматитов. Рост в газовожидкой среде, в условиях идеального всестороннего питания придает им вид геометрически правильных коротких столбиков ромбовидного сечения с изящной головкой, сформированной срастанием нескольких плоских граней. Как и кварц, они часто образуют красивые двойниковые сростки. В таких пегматитах кварц и полевой шпат обычно встречаются совместно. Время и условия возникновения обоих минералов очень близки, и они часто срастаются вместе, образуя эффектные кварц-полевошпатовые друзы.
В пегматитах одновременная (совместная) кристаллизация этих минералов часто приводит к появлению своеобразных срастаний, получивших название письменного гранита, графического пегматита или еврейского камня: в одном гигантском, иногда многотонном кристалле полевого шпата кварц образует систему закономерно ориентированных маленьких угловатых (скелетных) вростков рыбок; такие срастания живо напоминают страницы древних восточных рукописей на каком-то неразгаданном языке. Некоторые ученые прошлого века даже стремились прочесть их.
Но это не язык человека, а язык самой природы, с помощью которого она четко зафиксировала в своих записях условия образования этих замечательных горных пород.
А способ совместной кристаллизации, при котором возникает подобная письменная структура (она хорошо известна, например, металлографам, изучающим строение металлических сплавов), называется в физической химии эвтектическим. Таким путем А. Е. Ферсман доказал, что письменный гранит представляет собой настоящую кварц-полевошпатовую эвтектику.
Среди калиевых полевых шпатов, как и среди плагиоклазов, есть иризирующие лунные и солнечные разновидности. Кроме них, пожалуй, самый популярный калиевый полевой шпат амазонит, который назван в честь реки Амазонки, откуда будто бы были привезены первые образцы этого яркого самоцвета.
Окраска амазонита бирюзово-зеленая, но оттенки ее разнообразны. Забайкальский амазонит бледный, зеленоватоголубой, очень похожий на цвет несколько выцветшей бирюзы. Амазонит Украины очень яркий и по интенсивности не только не уступает бирюзе, но часто превосходит ее. А вот амазонит Кольского полуострова ярко-зеленый, голубизна в нем почти неощутима. Характерная особенность амазонитов белые крапинки, рябинки, маленькие вросточки натриевого полевого шпата альбита.
Редкие кристаллы амазонита, как всякого другого микроклина, представлены короткими столбиками. Амазонит один из самых ярких и живых поделочных камней.
Но еще эффектнее выглядят очень редкие винно-желтые прозрачные кристаллы низкотемпературного калиевого шпата ювелирного адуляра, встречающиеся в пегматитах Мадагаскара.
А где применяются полевые шпаты вообще? Неужели человек мог оставить без внимания этот щедрый дар природы?
Разумеется, не оставил. Судьбу и роль полевого шпата в технике определила его способность при расплавлении образовывать вязкую массу, застывающую в плотное стекло.
Мне хочется, чтобы однажды вы, оглядев свой привычный родной дом, вдруг увидели, что из чего, из каких веществ, из каких минералов. Пусть на миг каждая вещь покроется плащом блестящих кристаллов, послуживших некогда их основой! Сколько здесь было бы неожиданных сюрпризов!
И в точности, как и в земной коре, одно из первых мест в вашем доме занял бы полевой шпат! Оглядите хотя бы вашу теплую уютную кухню. Фаянсовая раковина, сияющая молочной белизной, голубая плитчатая стена над ней содержат не меньше 8 15% полевых шпатов.
Красивая, легко моющаяся эмаль плиты и холодильника, красных, зеленых, синих кружек, чайников, чугунных жаровен и обливных половников и того больше в них 17, 28, 56% полевых шпатов. А взгляните на накрытый к ужину стол: сахарница с цветочками и фаянсовая кружка с домиками, высокий папин бокал и хрупкая мамина фарфоровая чашка все они не обошлись без полевых шпатов: от 10 до 30% содержит их каждая фаянсовая или фарфоровая посудина.
Но все же больше всего полевых шпатов расходуют, пожалуй, электротехники. Только представьте на миг, какой путь пробегает электрический ток от турбин электростанций до лампы на вашем письменном столе! Бесчисленными реперами сопровождают бег электрического тока фарфоровые изоляторы, ограждающие провода от соприкосновения со всем, что может воспламениться. Самые огромные и тяжелые из них достигают сотен килограммов, а самые маленькие около двух граммов. Но в каждом из них не видимая глазом основа полевой шпат.
Так же, как видимую основу, составляет он в гранитах обелисков и колонн, набережных, фонтанов, памятников; вглядитесь только, и вот перед вами наш неизменный спутник, самый распространенный и с детства известный минерал полевой шпат.
СИМФОНИЯ РАДУГИ (О ПРИЧИНАХ ОКРАСКИ МИНЕРАЛОВ)
Поверил я алгеброй гармонию...
А. С. Пушкин
Каждый охотник желает знать, где сидит фазан красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый эти слова как простенькая мелодия всего из семи нот. Но как величаво звучит она в исполнении стихий неба, моря, небесных светил; им вторят цветы и птицы, бабочки, жуки, ящерицы, змеи и звери!
С каким истинным блеском исполняют ее кристаллы! Но вот чудо каждое семейство минералов проигрывает все те же семь классических цветовых нот на свой лад.
Темпераментно, с жаром и звездным мерцаньем рубины и все многоцветные сапфиры.
Нежно, лирично, в легких теплых оттенках бериллы: розовый морганит, оранжевые и желтые гелио-доры, светло-зеленые бериллы Украины, изумруды, голубые и синие аквамарины, сиреневые бериллы Мадагаскара.
Чисты, холодны, хрустально ясны окраски полихромных кварцев.
Гранаты рассыпают разноцветную дробь; их особенность богатство оттенками и густота тона: огненнокрасные пиропы, лилово-красные альмандины, оранжево-розовые спессартины, коричнево-оранжевые и медово-желтые гессониты, желто-зеленые гроссу-ляры, травяно-зеленые уваровиты и оливковые деман-тоиды.
Вся симфония минеральных окрасок усложняется, делается сочнее и богаче еще и оттого, что в каждой из минеральных групп есть и свой особый акцент в этой радуге: в группе корунда красный и глубоко-синий, в группе берилла изумрудный и аквамариновый, среди гранатов огненный. А тут еще густые, глубокие ноты минералов, приверженных одному энергичному цвету: малахитово-зеленому, бирюзовому, лазуритово-синему!
А если попытаться поверить алгеброй гармонию? Задуматься, чем же обязаны мы этому фантастическому разнообразию?
Почему белый солнечный луч, падая на минералы, окрашивает их так разно? Поисками ответа на этот вопрос занимались и занимаются ученые всего мира минералоги, химики, физики.
Ведь ключ к отгадке можно найти только совместными усилиями. И для того, чтобы хоть слегка коснуться сути этих явлений, нам придется совершить посильный экскурс в область физики и кристаллохимии.
В океане электромагнитных колебаний видимый нами свет лишь узкая полоска, лишь волны от 3800 (фиолетовый) до 7600 (красный свет) ангстрем. Более короткие ультрафиолетовые волны (3800 100 ангстрем) глаз человека не видит, некоторые из этих волн (3600 510 ангстрем) различают фасеточные глаза насекомых, еще более короткие рентгеновские и Y-лучи чувствует лишь эмульсия фотопленки. А волны длиннее красных?
Инфракрасные (7600 10 000 000 ангстрем) мы ощущаем как тепло; немного подлиннее миллиметровые и сантиметровые волны микроволнового диапазона, на которых работают локаторы и мазеры; более длинноволновые электромагнитные колебания радиоволны (107 1013 ангстрем, или 0,1 106 см); еще более длинные используются в электротехнике. Из них самую большую, бесконечную длину волны имеет постоянный ток.
 |
| Зеленый турмалин верделит |
Поэтому и человеческий глаз в процессе эволюции приобрел максимальную чувствительность к этим длинам волн, к желто-зеленым лучам.
Потоки лучистой энергии Солнца падают на все большие и малые предметы Земли, падают и на наши минералы. Как же реагируют минералы на свет? Это зависит от их строения и состава. Поэтому придется сказать несколько слов о строении минералов. Нейтральные атомы некоторых элементов, таких, как кислород, сера, фтор и др., входя в состав минерала, вырывают наиболее подвижные валентные электроны у своих соседей атомов металлов и превращаются в отрицательные ионы (анионы), а покладистые соседи, упустившие эти электроны, становятся положительно заряженными ионами (катионами).
Электрические силы притяжения между этими разно заряженными частицами и удерживают в равновесии ионные постройки кристаллические решетки минералов. Бесконечно разнообразны пространственные комбинации ионов или их группировок (тетраэдров, октаэдров и др.): то это великолепные, идеально прочные каркасы (например, кварц), то объемы их моделируются цепочками (асбест) или колоннами ионов (берилл), то строятся целыми панелями слоями (слюды).
Окраска минералов во многом зависит от архитектуры их кристаллической решетки. Наиболее совершенные сооружения свет пронизывает, ничего не меняя в них.
Таковы бесцветные и прозрачные кубики поваренной соли, ромбоэдры оптического кальцита или всем известные кристаллы горного хрусталя. Но законы природы всегда сопровождаются бесчисленными оговорками, исключениями, уточнениями они-то и создают невоспроизводимую прелесть, бесконечную игру природы!
Достаточно нарушить это совершенство вот тут-то и начинается цвет! Вот, скажем, если сами ионы, из которых строится решетка минерала, не совсем правильны, не совсем симметричны. Из классической химии известно, что большинство элементов таблицы Менделеева по мере увеличения атомного веса наращивают внешние электронные уровни.
Есть, однако, элементы так называемые переходные, нарушающие это правило: в них формируются, достраиваются не внешние, а более глубокие электронные оболочки.
Сами по себе электроны внутренних уровней не могут перескочить на внешние, как не взлетит с земли камень; но свет энергия, и, поглотив часть энергии падающего света, они перескакивают, или, как говорят, возбуждаются. А из кристалла выходит уже не полный спектр лучей, а лишь его оставшаяся непоглощенной часть: она-то и окрашивает минерал. Этим элементам, способным избирательно поглощать энергию пададощего света, мы и обязаны главным образом красочностью минерального мира. Они так и называются хромофоры несущие цвет. К ним относятся титан, ванадий, хром, марганец, железо, кобальт, никель да еще медь, редкоземельные элементы и уран.
Каждый из элементов-хромофоров поглощает свет по-разному: нагляднее всего свой, индивидуальный характер поглощения света можно передать с помощью спектра поглощения, кривой, которая получится, если по горизонтальной оси отложить длину волн разного цвета, а по вертикальной интенсивность, с которой поглощает их минерал. На такой кривой сразу видно, какие лучи поглощаются сильнее всего и, значит, не входят в окраску, а для каких минерал прозрачен. Вот, к примеру, малахит: красные лучи поглощаются им максимально, т. е. гасятся, а зеленые проходят почти полностью.
Минералы, в которых элементы-хромофоры играют ведущую роль, имеют обычно яркие интенсивные и постоянные цвета: оранжевый крокоит и зеленый гранат-уваровит окрашены ионами хрома в разных валентных состояниях, бирюза медью. Но элемент-хромофор не всегда бывает хозяином в минерале: нередко он забирается в гости, вытесняя хозяев из узлов кристаллической решетки или заполняя в этой решетке дырки вакантные места.
И бесцветный кристалл становится ярким самоцветом.
Например, примесь в 1,5% окислов железа сообщает бериллу окраску аквамарина или гелиодора, 0,3 0,4% окиси хрома превращают этот минерал в драгоценный изумруд, а всего только тысячные доли процента марганца в розовый воробьевит.
Природный блеск минерала можно усилить, направить и заострить. Насколько ярче сверкают ограненные камни, замечал каждый.
В чем же секрет огранки? Ограненный драгоценный камень словно маленькая ловушка для солнечного луча. Луч, отражаясь от одной грани, падает на следующую, от нее на соседнюю и так далее, обегая и освечивая изнутри весь объем камня. Но вот вы неожиданно поворачиваете камень, и угол падения этого запертого в граненой ловушке луча резко меняется: свет уже не скользит вдоль грани, не откидывается на соседнюю плоскость, он упал почти под прямым углом и способен выскочить резким узким пучком граненый кристалл сверкнул.
Чем дольше лучик будет метаться внутри и отражаться, не выбегая из ловушки, тем сильнее сможет сфокусировать и заострить формы огранка, тем ярче, резче будет сверкание самоцвета. Огранка кристаллов необычайно сложное, тонкое и точное ремесло.
Чтобы ловить и резко отбрасывать свет узким пучком, кристалл должен быть огранен в строгом соответствии с его природными кристаллооптическими характеристиками, законами преломления и отражения, да еще с учетом особенностей нашего зрения.
Особенно важен выбор правильных углов огранки, когда речь идет не только о ярком сверкании (как это, например, бывает у лейкосапфира), но и о разноцветной бриллиантовой игре, характерной для алмаза, циркона, меньше у топаза. Для этих минералов характерна, как вы помните, дисперсия оптических осей, т. е. кристалл разлагает белый луч, как призма, на радугу цветных лучиков, каждый из которых выходит из граненого самоцвета под своим углом.
Теперь понятно, почему из бриллианта сыплется дождь цветных лучей: внезапный их выход из граненой ловушки, когда необходимый угол становится возможным, то для малинового, то для голубого или оранжевого луча это уже зависит от вашего нечаянного движения. Даже не верится сразу, что подоплекой нечаянной подвижной игры радужных искр является самый точный, выверенный до третьего знака математический расчет углов огранки.
КАК ИЛИ ЗАЧЕМ? НЕСКОЛЬКО СЛОВ О ШЕДЕВРАХ (МУЗЕИ И КОЛЛЕКЦИИ)
Но я должен еще сказать о кристаллах, формах, законах, красках.
