Минералы – неживые строительные блоки мироздания. Они образуют горные породы, укрепляют наши зубы и кости, а также обеспечивают функционирование мышц, нервов и выработку эритроцитов. Впрочем, даже если отбросить основополагающие свойства минералов, эти продукты многовековых геологических процессов представляют собой довольно любопытно зрелище. Человечество тысячелетиями было очаровано всевозможными цветовыми вариациями минералов: в нашей статье мы расскажем Вам, почему же минералы сияют радугой и светятся в ультрафиолете.
Современная наука выделяет тысячи минералов – 5703, если быть точным, и ещё мириады подобных соединений ещё предстоит открыть и описать. По словам минералога Джорджа Россмана, который занимается спектроскопией минералов, их цветовое разнообразие в природе выходит за пределы человеческого воображения. Более того, когда дневной свет угасает, некоторые минералы раскрывают свою скрытую суть под ультрафиолетовыми лучами. И самое удивительное – внеземная игра красок, как правило, обусловлена непредсказуемыми дефектами в структуре минералов.
Что представляют собой минералы?
Минералами принято считать природные неорганические субстанции, преимущественно находящиеся в твёрдом агрегатном состоянии. Впрочем, по мнению специалистов, это определение нельзя считать абсолютно однозначным, поскольку в мире минералов существует достаточно удивительных исключений. Тем не менее большинство учёных сходятся во мнении, что предметом изучения минералогии, как правило, являются твёрдые вещества, сформированные в результате естественных геологических процессов.
Кроме того, одним из главных критериев термина «минерал» является конкретный химический состав и кристаллическая структура соединения. В то же время наука выделяет ещё и разновидности минералов, которые представляют собой соединения с некоторыми различиями в химическом составе и морфологии. В природе минералы редко встречаются в абсолютно чистом виде: их формирование происходит под влиянием места и обстоятельств кристаллизации. Как следствие, классификация минералов зависит не только от химического состава, но и от строения атомной структуры. К примеру, кианит, андалузит и силлиманит состоят из идентичного набора химических элементов: алюминия, кремния и кислорода, однако из-за условий образования они имеют разные структуры и внешний вид. Россман также приводит в пример оливин – один из самых распространённых в мире минералов. Самые богатые залежи оливина, как правило, находятся на относительно небольшой глубине земной мантии (до 400 км), а глубже из-за более высокой температуры и давления он превращается в мэйджоритовый гранат.
Чем обусловлен цвет минералов?
Цвет материала определяет его способность отражать и преломлять свет. К примеру, в растениях преобладает зелёный цвет, поскольку хлорофилл поглощает свет в фиолетовой, голубой и красной частях спектра, отражая в основном зелёный и жёлтый цвет. Классификация минералов позволяет понять, как их атомная структура и примеси влияют на цвет соединения, поскольку эти критерии влияют на то, с каким спектром света взаимодействуют минералы. К примеру, красную окраску рубину даёт примесь хрома, а если в той же химической формуле хром заменить титаном или железом, мы получим сапфир – оба минерала являются разновидностями корунда. Более того, тот же хром придаёт изумрудам их ярко-зелёный окрас. Причиной тому различия в видах соединения хрома с кислородом: CrO3 в рубинах и Cr2O3 в изумрудах.
Почему некоторые минералы светятся?
Свет – это электромагнитное излучение, которое состоит из потока фотонов – частиц, обладающих определённой энергией. Флуоресценция является следствием поглощения энергии света с последующим излучением избытка в форме световых волн ультрафиолетового спектра. В некоторых случаях минералы могут флуоресцировать даже при солнечном свете, а в других для проявления эффекта необходимо воздействие источника ультрафиолетового излучения. К слову, минералоги выделяют примерно 600 минералов, в той или иной мере разделяющих способность к флуоресценции.
Как и в случае с окраской, флуоресценция является продуктом примесей – активаторов. Эти элементы обычно представляют собой катионы металлов (вольфрама, молибдена, свинца, бора, титана, хрома, урана, марганца). Возникновению флуоресценции также способствует примеси редкоземельных элементов. Взаимодействуя с основными структурными элементами минералов, одни и те же примеси могут провоцировать разные степени свечения либо и вовсе не проявляться. Кроме того, среди примесей существуют также так называемые «гасители», которые блокируют действие активаторов даже в идеальных для флуоресценции условиях. Более того, эффект может понизиться, если в минерале присутствует излишек элементов-активаторов.
Не менее важную роль в свечении минералов играют структурные дефекты. Некоторые «опечатки» в морфологии кристаллов могут способствовать образованию дополнительного пространства в матрице, предоставляя место для движения возбуждённых электронов. К слову, частицы могут поглощать энергию света и отдавать её излишек в виде цветного свечения даже при отсутствии веществ-активаторов.
Где найти радужные и флуоресцентные минералы?
Лучшим местом для поиска красочных минералов будут старые карьеры и зоны естественного обнажения горных пород. Чтобы повысить шансы успеха поиска, стоит прихватить ультрафиолетовый фонарик, который позволит уловить даже слабое свечение. Самые удивительные образцы красочных и флуоресцирующих минералов также зачастую представлены в музеях естественной истории, геологии и минералогии. Пожалуй, одним из самых знаменитых в мире музеев флуоресцентных минералов является Стерлинг-Хилл, расположенный недалеко от цинкового рудника в Нью-Джерси, США.