Bản tin tháng 03/2021

Khoáng Bao Thể Tourmaline Trong Alexandrite Nga

Alexandrite là loại khoáng vật chrysoberyl có đặc điểm đổi màu. Loại alexandrite được ưa chuộng nhất có màu từ lục lá cỏ đến xanh phớt lục trong ánh sáng ban ngày và màu đỏ tươi của quả mâm xôi trong ánh sáng đèn sợi quang cường độ cao. Hiện tượng thay đổi màu sắc này là do sự hiện diện của nguyên tố vi lượng Cr³⁺ thay thế cho Al³⁺ trong cấu trúc tinh thể chrysoberyl. Alexandrite lần đầu được tìm thấy ở dãy núi Ural của Russia – Nga vào đầu thế kỷ 19 và được đặt tên để vinh danh Hoàng đế Alexander II.

Gần đây, phòng giám định GIA có kiểm tra một số mẫu đá thô alexandrite của Russia. Chúng được cho là từ khu vực mỏ Tokovaya trên dãy núi Ural, nằm cách thành phố Yekaterinburg vài km. Kiểm tra kỹ dưới kính hiển vi thấy có một tinh thể hình lăng trụ tự hình màu nâu, trong suốt, với phần chóp hình tam giác, cho thấy nó có thể thuộc hệ tinh thể ba phương (hình 1).

Bao thể được chứng minh là có tính khúc xạ kép khi quan sát nó ở giữa kính phân cực vuông góc. Phân tích vi phổ Raman đã xác định chắc chắn bao thể này là tourmaline. Để khẳng định kết quả của phổ Raman và xác định chính xác hơn nó là loại tourmaline gì thì phương pháp phổ khối – plasma – cảm ứng kép – bắn laser (LA–ICP–MS) đã được sử dụng để ghi nhận thành phần hóa học của bao thể (Z. Sun và cộng sự, “Một phương pháp mới để xác định các loại tourmaline là phổ LA–ICP–MS”, Spring 2019 G&G, trang 2–17). Nó được phân loại là dravite, một loại tourmaline giàu sodium (natri) và magnesium. Các nguyên tố hóa học vi lượng của alexandrite chủ phù hợp với dữ liệu hóa học tham chiếu của alexandrite Russia trong kho dữ liệu của GIA. Các bao thể trong alexandrite từ nhiều địa phương khác nhau cũng đã được ghi nhận trước đây (E. J. Gübelin và J. I. Koivula, Photoatlas of Inclusions in Gemstones, Vol. 1, ABC Edition, Zurich, 1986, trang 265–267; Vol. 3, Opinio Publishers, Basel, Switzerland – Thụy Sĩ, 2008, trang 372–405). Tuy nhiên, bao thể tourmaline trong khoáng vật chủ alexandrite là rất hiếm. Alexandrite xưa nay nổi tiếng vì có hiện tượng thay đổi màu sắc tuyệt đẹp hơn là các hình ảnh về bao thể. Bao thể tinh thể tourmaline tự hình đẹp trong alexandrite của Russia này làm cho nó trở thành một mẫu đá quý đặc biệt đối với những nhà sưu tập đá.

(Theo Jonathan Muyal và Ziyin Sun, GIA, Carlsbad, phần Micro-World quyển G&G Fall 2019)

 

Tinh Thể Quý Hiếm: Thạch Anh Chứa Bao Thể Hình “Quả Cầu”

Các tinh thể thạch anh chứa bao thể lỏng ba pha từ mỏ Jinkouhe ở tỉnh Tứ Xuyên, Trung Quốc đã được bán trong nhiều năm tại các cuộc triển lãm đá quý và khoáng vật quý được tổ chức hàng năm ở Tucson, Arizona. Thật không may, trong đó có nhiều tinh thể đã bị hư tổn do các phương pháp khai thác được sử dụng và việc đóng gói nhiều tinh thể lại với nhau để vận chuyển. Các đầu nhọn còn nguyên vẹn trên các tinh thể đó là rất ít và không thường xuyên có được, và các cạnh thường bị ngấn mẻ, trong khi các mặt tinh thể phẳng lớn thường bị trầy xước và mài mòn.

Vì vậy, nhóm nghiên cứu rất hứng khởi khi được kiểm tra tinh thể thạch anh có chóp nhọn ở 2 đầu tương đối lớn nhìn thấy trong hình 2. Với trọng lượng 200,28 ct và có kích thước 75,03 × 21,76 × 17,98, tinh thể này lớn hơn nhiều so với hầu hết các tinh thể khác được khai thác từ mỏ Jinkouhe. Nó được bảo quản riêng lẻ trong hộp lót vải mềm và như trong hình 2, về cơ bản nó không bị hư tổn.

Hình 4: Trong hình, bọt khí màu xám bạc có thể được nhìn thấy ở phía bên phải của khoang rỗng chứa đầy chất lỏng. Lớp áo bao phủ tạo cho nó vẻ ngoài của một quả cầu nhỏ. Ảnh chụp dưới kính của Nathan Renfro; trường quan sát 7,42 mm.

Kiểm tra bằng kính hiển vi tinh thể này thấy các vết ăn mòn sáng màu trên các mặt lăng trụ (hình 3), được làm nổi bật bằng cách sử dụng kính hiển vi cản quang giao thoa vi phân Nomarski. Bên trong có một số bao thể lỏng chính, với các hợp chất hữu cơ màu đen đặc trưng cho pha rắn. Một bao thể lỏng đặc biệt chứa một bọt khí (hình 4) di chuyển tự do trên toàn bộ chiều dài của khoang trống (hình 5). Bọt khí được phủ một lớp vật chất trông giống kim loại làm cho nó có vẻ ngoài giống như một quả cầu nhỏ bằng thép không gỉ. Nhóm nghiên cứu không thể xác định được lớp phủ là gì nhưng nghi ngờ rằng đó là một hợp chất hữu cơ.

(Theo John I. Koivula và Nathan Renfro, phần Micro-World quyển G&G Fall 2019)

 

Gahnite Màu Xanh Từ Nigeria

Trong những năm gần đây, Nigeria thu hút được sự chú ý đáng kể trên thị trường buôn bán đá quý do việc phát hiện ra mỏ sapphire từ Cao nguyên Mambilla ở bang Taraba. Ngoài sapphire, đá spinel cũng được khai thác ở Jemaa nhưng không thường xuyên và gần đây là ở Kagoro, cũng như ở bang Kaduna (hình 6). Nhóm khoáng vật spinel, với công thức hóa học chung AB₂O₄, có tổng cộng 22 loại khác nhau. Bốn trong số các loại này có Al chiếm ưu thế ở các đỉnh bát diện: spinel (MgAl₂O₄), galaxite (MnAl₂O₄), hercynite (FeAl₂O₄) và gahnite (ZnAl₂O₄). Spinel từ Kagoro đã được xác định là gahnite, loại spinel cuối cùng chứa kẽm. Gahnite là một trong những loại hiếm gặp của nhóm khoáng vật spinel, thường được tìm thấy tại các quặng kẽm. Hầu hết các tinh thể đều rất nhỏ, chứa tạp chất và trong mờ đến đục. Đá quý mài giác rất được sưu tầm do sự hiếm có và màu sắc của chúng.

Địa chất của spinel Nigeria đã được nghiên cứu trước đây (R. Jacobson và J. S. Webb, “Các pegmatite ở miền Trung Nigeria”, Geological Survey of Nigeria Bulletin, No. 17, 1946, trang 1 – 61), và các mỏ có thể được chia thành ba nhóm dựa trên tính chất khoáng vật học của chúng: (1) pegmatite microcline–thạch anh, thường hiện diện trong granitoid calc–alkaline (canxi–kiềm) và hiếm khi tạo thành khoáng hóa; (2) pegmatite microcline–thạch anh–mica, được tìm thấy trong các loạt trầm tích biến chất; và (3) các mạch thạch anh–mica, hiện diện trong đá phiến và gneiss hoặc ở phần rìa của pegmatite nhóm 2. Gahnite hiện diện trong nhóm 2 và 3. Những hiểu biết về thành phần của các spinel giàu kẽm rất hữu ích trong việc phân biệt nhiều loại môi trường hình thành nguồn mỏ. Ví dụ, hàm lượng Zn cao trong các spinel hiện diện trong các loại đá đã trải qua quá trình biến chất cấp thấp và giải phóng oxygen và lưu huỳnh cao (fO₂ và fS₂), trong khi hàm lượng Zn là thấp nhất trong các đá biến chất cấp cao (A. Heimann và cộng sự, “Zincian spinel associated with metamorphosed Proterozoic base-metal sulfide occurrences, Colorado: A re-evaluation of gahnite composition as a guide in exploration”, Canadian Mineralogist, Vol. 43, No. 2, 2005, trang 601 – 622).

Kiểm tra các đặc điểm ngọc học cơ bản của ba viên đá thô hình bát diện (hình 6) cho thấy các đặc điểm sau: màu sắc — xanh; đa sắc — không có; chỉ số chiết suất — 1,791 đến vượt quá giới hạn đo (đọc trên mặt phẳng từ một mặt tinh thể được đánh bóng); tỉ trọng thủy tĩnh — 4,180–4,294; phản ứng phát huỳnh quang — trơ với cả tia cực tím sóng dài và sóng ngắn; và phản ứng dưới kính lọc màu — đỏ. Các đặc điểm bên trong được quan sát bằng kính hiển vi ngọc học là các bao thể tinh thể không màu, không xác định được là khoáng vật gì, bao thể dạng dấu vân tay và một bao thể tinh thể màu nâu đỏ được xác định bởi quang phổ Raman là sphalerite (hình 7).

Kiểm tra với kính quang phổ hiện đại được thực hiện trên ba mẫu. Phổ Raman ghi nhận các đặc điểm đặc trưng của gahnite, với các đỉnh ở 420, 510 và 661 nm. Phổ trong vùng khả kiến cho thấy các dãy hấp thu đáng kể cobalt (hình 8) giữa 500 và 620 nm, cộng với phổ hấp thu bổ sung của sắt đã làm thay đổi phổ hấp thu cobalt (tham khảo bài viết của, A. C. Palke và Z. Sun, “What is cobalt spinel? Unraveling the causes of color in blue spinels”, Fall 2018 G&G, trang 262 – 263).

Hình 9: Đường dọc số 1 và đường ngang số 2, chứa tổng cộng 44 điểm đo, được chọn để phân tích LA–ICP–MS trên toàn bộ mặt cắt ngang. Mol.% của các thành viên cuối trong loạt spinel kết hợp với vị trí tương đối cho thấy rằng đá được cấu tạo chủ yếu từ gahnite với lượng nhỏ hercynite, spinel và galaxite. Thông tin chi tiết về nguyên tố hóa học chính, sự phân bố vị trí và các loại cho mỗi điểm có thể được tìm thấy trong phụ lục 1. Khoảng cách giữa các điểm là 200 micron.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Phân tích phổ khối – plasma cảm ứng kép – bắn laser (LA–ICP–MS) được sử dụng để xác định chính xác thành phần hóa học của ba viên đá. Thành phần hóa học thu được từ máy ThermoFisher iCAP Q ICP–MS kết hợp với hệ thống bắn laser Elemental Scientific Laser NWR213. NIST 610 và 612 được sử dụng làm tiêu chuẩn bên ngoài, và ²⁷Al được sử dụng làm tiêu chuẩn nội bộ. Kết quả LA–ICP–MS (xem phụ lục 1) cho thấy ba viên đá có thành phần chủ yếu là hơn 90 mol.% gahnite (ZnAl₂O₄), với một lượng nhỏ thuộc các thành viên cuối cùng khác của loại Al–spinel. Do đó, chúng nên được phân loại là gahnite.

Để hiểu rõ hơn về thành phần của loại spinel này, nhóm nghiên cứu đã chuẩn bị một mặt cắt từ giữa một tinh thể bát diện, mẫu NBS3 (hình 9). Một đường thẳng đứng gồm 22 điểm (hình 9, đường số 1) và một đường ngang gồm 22 điểm (hình 9, đường số 2) được chọn để cắt ngang toàn bộ mặt cắt từ bên ngoài rìa sang phía đối diện để phân tích LA–ICP–MS. Tất cả các điểm đo cho thấy hơn 90 mol.% là gahnite cùng với hercynite là loại hiện diện nhiều thứ hai (hình 10). Các điểm gần phần rìa bên ngoài chứa nhiều hercynite hơn các điểm bên trong và phần lõi. Sự phân bố mol.% của các thành viên cuối trong loạt spinel rất nhất quán trên toàn bộ mẫu. Chín nguyên tố vi lượng cho mỗi điểm ở đường số 1 và 2 được vẽ trên hình 10. Nhìn chung, phần rìa bên ngoài có nồng độ V và Co cao hơn nhưng nồng độ Ni thấp hơn phần bên trong và phần lõi.

(Theo Maxwell Hain và Ziyin Sun, GIA, Carlsbad, phần Gem News International quyển G&G Fall 2019)

 

Phenakite Chứa Bao Thể Tourmaline Có Tăng Trưởng Xoắn Ốc

Một hình xoắn ốc nổi bật trên nền màu hồng phớt cam của một tinh thể tourmaline tự hình — sự tăng trưởng lệch trục xoắn ốc ấn tượng là một trong những đặc điểm nhận dạng chính mô tả chi tiết hình ảnh bao thể bên trong một mẫu đá phenakite từ Ambohimanambola, Madagascar (hình 11).

Trước đây, trong bộ sưu tập của nhà sưu tập khoáng vật lâu năm ở California, ông Kay Robertson, những bao thể độc đáo trong viên đá quý này đã được phát hiện trong quá trình số hóa cho Phòng giám định Đá quý và Khoáng vật của Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Los Angeles. Sau khi phát hiện một loạt các kim tourmaline nhiều màu với các hình ảnh giao thoa sặc sỡ dưới kính phân cực vuông góc, sau đó sử dụng độ phóng đại lớn hơn để nghiên cứu thêm. Ngay lập tức, nhóm nghiên cứu thấy rõ rằng các kim nằm rải rác khắp tinh thể phenakite có màu đa sắc mạnh cũng như các đặc điểm tăng trưởng đặc biệt.

Trong điều kiện ánh sáng không phân cực, các kim có các sắc màu không bão hòa từ cam đến đỏ và lục đến xanh. Khi độ phóng đại được tăng lên một lần nữa, thế giới đa dạng của phenakite này đã tiết lộ một điều ngạc nhiên khác: Các bao thể tourmaline không hề đơn độc. Dọc theo nó và kéo dài từ đáy của các kim có vân là các tinh thể tự hình không màu có dạng lục giác và các bao thể của chúng. Một cặp bao thể nguyên sinh, gồm một bao thể trụ được gắn chặt vào một tinh thể ngắn, to khác, được quan tâm đặc biệt. Quang phổ Raman đã xác định tên của các bao thể hình trụ là tourmaline, tuy nhiên không thể xác định được tên của tinh thể không màu.

Tập hợp bao thể trong hình gồm một trụ tourmaline màu hồng phớt cam cắm chặt trong phần thân của một tinh thể không màu. Độ sạch cao của mẫu khoáng vật chủ làm nổi bật các đặc điểm tăng trưởng cả bên trong và trên bề mặt bao thể của nó, không chỉ hiển thị các vân song song với trục c đặc trưng của tourmaline, mà còn thấy được sự tăng trưởng “xoắn ốc” hoặc xoắn lệch trục bất thường. Cặp bao thể gắn chặt vào nhau cắt chéo trên nền hai kim tourmaline hình trụ màu xanh phớt lục đậm lớn hơn, tạo ra một bố cục hình học nổi bật. Các vòng xoắn ốc lệch trục như những gì được thấy ở đây được hình thành khi các mặt phẳng của các nguyên tử trong mạng tinh thể của viên đá quý bị dịch chuyển trong quá trình tăng trưởng và tự sắp xếp lại theo một mô hình xoắn ốc tương ứng với hướng của ứng suất.

Có lẽ được biết đến nhiều nhất với các tinh thể liddicoatite phức tạp, các pegmatite Anjanabonoina ở Madagascar cũng tạo ra một loạt các khoáng vật quý khác như phenakite, beryl, spodumene và danburite, bên cạnh những loại thông thường khác. Viên đá đặc biệt này là một ví dụ tuyệt vời về quá trình khoáng hóa đa dạng xảy ra ở Anjanabonoina, thể hiện cách phát triển, đặc điểm quang học và đặc điểm tăng trưởng của hai loại silicate quý quan trọng từ nơi có vị trí quan trọng về mặt đá quý này.

(Theo Kimberly Abruzzo, Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên của Hạt Los Angeles, phần Micro-World quyển G&G Fall 2019)