Оптические свойства

Цвет. Исследование оптических свойств самоцветов – один из важнейших аспектов геммологии, поскольку эффект воздействия света на драгоценный камень определяет его красоту. Из всех оптических свойств - цвет, пожалуй, имеет наибольшее значение, особенно для непрозрачных камней, а привлекательность прозрачных камней зависит от их «игры», цвета и

блеска. Цвет служит важным диагностическим признаком, позволяющим различать драгоценные камни. Однако иногда два совершенно разных минерала имеют одинаковую окраску. До возникновения научной геммологии драгоценные камни распознавали только по цвету – все красные камни считали карбункулами или рубинами, а зеленые обычно относили к изумрудам, невзирая на их происхождение и состав.

Непрозрачные минералы часто можно различить по цвету черты, т.е. следу, который они оставляют, если провести камнем по неглазурованной фарфоровой пластинке (бисквиту). Например, гематит оставляет яркую красновато-коричневую (вишневую) черту, а пирит – черную с зеленоватым или коричневым оттенком.

Цвет самоцвета имеет очень большое значение, иногда он зависит от тысячных или даже десятитысячных долей процента посторонних примесей (чаще всего оксидов железа, хрома, марганца, никеля, меди и других металлов) , совершенно изменяющих его, особенно если минерал прозрачный. Например, голубой аквамарин значительно дешевле травянисто-зеленого изумруда, который иногда ценится значительно выше бриллианта.

Почему камни так разнообразно окрашены? Оказывается, цвет их зависит от примеси окислов металлов. Железо дает разнообразные желтые оттенки и зеленый бутылочный цвет. Хром окрашивает камни в красные и зеленые тона. Именно благодаря хрому рубин красный, а изумруд зеленый. Медь расцвечивает бирюзу, малахит, диоптаз, азурит. Титан придает минералам голубизну, литий делает их розовыми. Розовые и восхитительно алые оттенки создаются марганцем. Синий цвет сапфира обусловлен высоким содержанием в нём алюминия. Свою лепту в появлении каменной палитры вносят и такие металлы, как никель, ванадий, цезий, кобальт, галлий.

В зависимости от примеси окиси металла камни одного и того же вида могут сильно отличаться по окраске. Так, белый корунд (сапфир) — чистая окись алюминия. Красный корунд (рубин) приобрел свой цвет благодаря окиси хрома. Синий корунд (сапфир) стал таким из-за соединений железа и титана. Различные окислы металлов придают алмазам самые разнообразные оттенки. Есть алмазы желтые, розовые, голубоватые, зеленоватые, бурые, серые, черные. Очень, редко, но встречаются камни интенсивно синие, зеленые и даже красные.
Цвет некоторых драгоценных камней зависит от освещения. Александрит, темно-зеленый при естественном освещении, становится малиновым в искусственном свете. Темно-фиолетовый аметист при свете электрической лампы превращается в кроваво-красный камень.

Блеск. Он обусловлен отражением света от поверхности минерала. Доля отраженного света зависит от природы камня и от направления падения света. Если свет падает перпендикулярно, отражается лишь его небольшая часть, при малых углах падения отражается значительно бóльшая доля света. Твердые, хорошо отполированные драгоценные камни имеют более яркий блеск

по сравнению с мягкими. У необработанных камней блеск слабее. Смачивание поверхности или полировка усиливают блеск камня и выявляют его истинный цвет, так как при этом отражается больше света. В минералогии и геммологии различают следующие типы блеска: алмазный (у алмаза, циркона, сфалерита), алмазовидный (слабее алмазного, но сильнее стеклянного – у корундов), стеклянный (у берилла, топаза, гранатов и многих других ювелирных камней), восковой (у бирюзы), шелковистый (у минералов с волокнистым строением, например, у селенита), перламутровый (у жемчуга), металлический (у непрозрачных ювелирных камней металловидного облика, например, пирита и гематита), смоляной (у янтаря), жирный (у стеатита).

Светопреломление. Луч, входящий внутрь прозрачного минерала, преломляется, так как скорость его распространения становится меньше, чем в воздухе, причем она уменьшается тем сильнее, чем больше оптическая плотность камня. Алмаз имеет весьма высокий показатель преломления. Свет, выходящий из камня, тоже преломляется, ведь он покидает оптически более плотную среду и вновь попадает в воздух.

Если камни, имеющие высокий показатель преломления, огранены правильно, световые лучи изгибаются таким образом, что, в конечном счете, преломляются и снова выходят через их верхнюю часть, а не теряются, уходя через нижнюю. Это усиливает блеск ограненного камня. Величина показателя преломления является специфическим признаком каждого минерала и способствует его надежной диагностике. Преломление таких минералов, как алмаз, титанит, циркон, гранаты андрадит и демантоид, нельзя измерить на обычном дифрактометре – их блеск слишком сильный и значение показателей преломления находится за пределами его шкалы. Один поворот бриллианта вызывает целый сноп радужных искр. Все прозрачные минералы (за исключением минералов кубической сингонии и аморфных) разделяют свет на два по-разному отклоняющихся луча. Такое явление называется двойным лучепреломлением, или двупреломлением. Некоторые химические элементы-примеси, присутствующие в составе ювелирного камня, поглощают часть световых лучей и таким образом затемняют отдельные участки светового спектра.

Дихрозм. Эффект двуцветности (дихроизма) наблюдается у ряда ювелирных камней, характеризующихся наличием двойного лучепреломления при изменении их ориентировки относительно луча зрения. Дихроизм свойственен только камням с тригональной, тетрагональной или гексагональной кристаллической системой. Перемена цвета становится заметной, если поворачивать кристалл либо рассматривать его то сквозь верхние,

то сквозь боковые грани. Это свойство усиливает очарование камня и его привлекательность, например, у турмалина дихроизм настолько силен, что его можно наблюдать без помощи дихроскопа (прибора, усиливающего эффект дихроизма; оба цвета можно видеть в нем рядом, в пределах единого поля зрения). Для некоторых драгоценных камней испытание на дихроизм – один из наиболее наглядных методов диагностики. Например, рубин сразу выделяется среди других красных камней по наличию двух четко выраженных оттенков красного цвета.

Поляризация. Кристаллы драгоценных камней поляризуют проходящий свет, вызывая колебания его волн в направлении, перпендикулярном пути светового луча. Часть света, отражаясь от полированной поверхности камня, поляризуется в зависимости от угла падения.

В камнях с двойным лучепреломлением свет поляризуется полностью (за исключением лучей, распространяющихся вдоль оптических осей, т.е. направлений в кристалле, в которых двупреломление отсутствует). Каждый из двух лучей, возникших в результате двупреломления, проходит в разных направлениях, и световые волны этих лучей колеблются почти взаимоперпендикулярно. Каждое направление колебаний характеризуется разным поглощением цвета, что и обусловливает дихроизм. Знание характера поляризации света в минерале необходимо для его квалифицированной огранки, выявляющей выигрышный цвет.

Астеризм. Эффект звездчатости, свойственный лишь немногим драгоценным камням, называется астеризмом. Он обусловлен отражением (дифракцией) света от включений в камне, ориентированных вдоль определенных кристаллографических направлений. Лучшими примерами служат звездчатый сапфир и звездчатый рубин. В минералах волокнистого строения, таких, как кошачий глаз, наблюдается полоска света, меняющая свое положение при повороте камня

(переливчатость). Игра света в опале или сияющие павлиньи цвета лабрадорита объясняются интерференцией света, т.е. смешением световых лучей при их отражении от слоев регулярно уложенных шариков кремнезема (опал) или от тончайших пластинчатых кристаллических вростков (лабрадорит, лунный камень).

Люминесценция. Наблюдается у ряда драгоценных камней: под воздействием ультрафиолетового излучения они начинают светиться, причем совсем другим цветом, нежели при дневном свете. Если свечение происходит только в течение того времени, когда драгоценный камень освещен ультрафиолетовыми лучами, это явление называется флуоресценцией; если же он продолжает светиться в течение некоторого времени после прекращение воздействия

ультрафиолетового излучения – фосфоресценцией.

Люминесценция драгоценного камня, так же как и окраска, обусловлена присутствием в нем примесей (активаторов).

Подавляющее большинство алмазов флуоресцируют. Например, алмазы из ЮАР обычно характеризуются небесно-голубым свечением. Флуоресценция жемчуга зависит от химического состава воды, в которой он вырос. Отчетливо флуоресцируют янтарь (обычно в голубовато-белых тонах) и многие опалы.

Рубин (особенно из Мьянмы и Шри-Ланки) и некоторые другие драгоценные камни флуоресцируют на обычном солнечном свету. Это свойство весьма усиливает привлекательность рубина и отличает его от прочих красных камней.