Chrysoprase Và Prase Opal Ở Haneti (Bản tin tháng 10/2010)

Chrysoprase Và Prase Opal Ở Haneti, Khu Vực Trung Tâm Tanzania

Chrysoprase và prase opal là chalcedony lục chứa nickel và opal thông thường (opal không có hiệu ứng đốm màu nhấp nháy tán sắc - play of color). Cả hai được sử dụng như những khoáng vật quý từ hàng ngàn năm qua. Chrysoprase được mô tả là loại có giá nhất của chalcedony bởi Webster, 1994. Khu vực trung tâm Tanzania là một nguồn quan trọng có cả hai loại đá quý này. Những khoáng vật Tanzania lúc đầu được mô tả vắn tắt bởi Gubelin, 1975 và Schmetzer, 1976. Báo cáo này dựa theo mô tả đặc điểm về prase opal lục của Koivula và Fryer, 1984 và một nghiên cứu chi tiết hơn về chrysoprase của Kinnunen và Malisa, 1990.

Bài này mô tả ngắn gọn những đặc điểm địa lý, vùng mỏ khai thác và tính chất ngọc học của chrysoprase và prase opal Tanzania chất lượng cao từ mỏ ở vùng núi Iyobo gần Haneti (hình 1). Mỏ này được hoạt động dưới quyền của ông Dimitri Mantheakis. Mặc dù cả hai khoáng này đã được phát hiện ở nhiều nơi khác trên thế giới (bảng 1), nhưng Tanzania có lẽ là nguồn chrysoprase quan trọng nhất sau Australia.

BỐI CẢNH: Màu lục của chrysoprase một thời gian dài được cho là được tạo ra bởi một hay nhiều hợp chất nickel lục siêu nhỏ (như Ni²⁺). Mặc dù có nhiều ý kiến tranh luận qua hơn 2 thế kỷ nhưng tính xác thực về nguồn gốc tự nhiên của những hợp chất nickel này vẫn còn tiếp tục được thảo luận (Natkaniec-Nowak, 1989). Một số nhà nghiên cứu cho nó là nickel oxide (có thể là khoáng bunsenite; xem Heflik, 1989) nhưng cuối cùng những nghiên cứu về phổ và hình ảnh phóng đại cao đã bác bỏ ý kiến này (xem Rossman, 1994; Gawel, 1997). Hầu hết những người khác cho rằng thành phần tạo màu là do silicate nickel phân lớp hay silicate nickel khung bị hydrate hóa (như kerolite) hay các khoáng vật sét chứa nickel (như garnierite, lizardite hay saponite; xem Rossman, 1994, trang 458-459; Nagase, 1997; Dyrek, 2001; Sachanbiński, 2001; Sojka, 2004).

Bảng 1: Những nguồn chrysoprase và prase opal khác trên thế giới

Hợp chất nickel là các phần tử chất keo nhỏ, được phân tán thành những bao thể quanh chất nền silica chủ. Sự có mặt của một lượng nhỏ sắt (như Fe³⁺) có thể làm thay đổi màu của chrysoprase sang màu lục phớt vàng hơn, ngược lại sự phân tán ánh sáng từ chỗ hỏng rất nhỏ hay những phần tử nhỏ trong khoáng vật trong mờ (“Hiệu ứng Tyndall”) được cho là nguyên nhân của sự xuất hiện màu lục phớt xanh hơn được thấy trong ánh sáng phản chiếu (Sachanbiński, 2001). Gawel và những người khác (1997) đã nghiên cứu chrysoprase từ nhiều địa phương và kết luận rằng những mẫu có mức độ kết tinh thấp hơn dường như có lượng nickel cao hơn và có màu lục đậm hơn. Có lẽ các phần tử tán sắc của các khoáng chứa nickel cũng tạo màu cho prase opal lục từ Tanzania, vì thế phổ nhìn thấy của cả 2 khoáng đều tương tự nhau (xem phần kết quả). Schmetzer và những người khác mô tả khoáng này như là opal-CT.

Bởi vì bề ngoài của chúng có màu lục từ đục đến trong mờ và khả năng tạo độ bóng tốt nên cả chrysoprase và prase opal đều được sử dụng để thay thế cẩm thạch. Agate tẩm màu lục và thủy tinh màu lục thỉnh thoảng lại được sử dụng để nhái chrysoprase (O’Donoghue, 2006). Chalcedony màu lục crôm cũng được tìm thấy ở Australia, Bolivia và Zimbabwe (khoáng vật mtorolite từ Zimbabwe; xem Phillips và Brown, 1989; Hyršl và Petrov, 1998; Hyršl, 1999; Willing và Stocklmayer, 2003). Các khoáng dùng khắc tượng có màu lục vàng có độ trong từ đục đến bán trong mờ từ Australia được bán với tên gọi “chrysoprase vàng chanh” được mô tả là một loại đá chứa magnesite (khoáng vật màu trắng đến xám nhạt, vàng hoặc nâu, công thức hóa học là MgCO₃, thành tạo do sự biến đổi của dolomit hoặc của đá giáu silicat magiê) và thạch anh (Johnson và Koivula, 1996) hay của cả 2 khoáng trên đi cùng với chrysoprase (Henn và Milisenda, 1997). Tất cả những khoáng vật khác này đều có những đặc điểm ngọc học riêng có thể dùng để phân biệt với chrysoprase và prase opal.

Vị Trí Và Mô Tả Đặc Điểm Khoáng Vật Tanzania

Vị trí địa lý: Chrysoprase được tìm thấy ở 3 ngọn đồi lân cận nằm cách ~12km về phía đông nam làng Haneti và 12 km về phía bắc làng Itiso. Haneti nằm cách 75 km về phía bắc Dodoma dọc theo quốc lộ A104. Mỏ được khai thác bởi ông Mentheakis, nằm gần đỉnh cực nam của 3 ngọn đồi (tức là núi Iyobo), ở 5^o31,90’S, 35^o59,33’E và ở độ cao 1.452 m. Vùng này có thể đến được trong suốt mùa khô (từ tháng 4 đến tháng 11) qua một con đường bụi bậm từ Dodoma đến Haneti và từ đó đến mỏ lại phải qua thêm một con đường bụi bậm và gồ ghề nữa.

Địa chất học: Theo Kinnunen và Malisa (1990), đá của vùng mỏ Haneti thì có tuổi Archean (Arkei, tiền Cambri) gồm các đá biến chất siêu mafic tạo nên 3 ngọn đồi chứa chrysoprase. Những ngọn đồi này nằm thẳng hàng theo hướng tây bắc đánh dấu hướng của những vùng nứt cắt. Họ mô tả loại đá gốc chrysoprase chiếm ưu thế là serpentinite silic hóa và sắt hóa (các gốc silica- và sắt- bị biến đổi).

Cả chrysoprase và prase opal đều ở dạng mạch không liên tục, dày đến nhiều centimet và dài đến nhiều mét trong đá chủ bị phong hóa. Theo ông Mantheakis các mạch chrysoprase hiện diện nhiều hơn ở sườn phía tây và phần gần chóp của núi Iyobo; tuy nhiên một số vùng hầu như không có khoáng này. Trong một mạch và giữa hai mạch khác nhau, khoáng vật có thể thay đổi từ trong mờ chất lượng cao đến đục chất lượng thấp. Chrysoprase đẹp nhất thường ở những vùng có mạch được bao quanh bởi đất sét hay đất đỏ, trong khi khoáng vật có chất lượng xấu hơn được tìm thấy ở những nơi có mạch được bao quanh bởi các khoáng màu phớt vàng. Prase opal chất lượng tốt nhất được tìm thấy trong những mạch có đá gốc rất dễ vỡ.

Khai thác: Mặc dù ở cùng thời điểm cũng có một số mạch magnesite giàu Ni được khai thác ở vùng này nhưng chỉ có mỏ ở vùng Haneti là có chrysoprase và prase opal là có thể sử dụng cho cả mục đích đá quý và trang sức (Kinnunen và Malisa, 1990). Theo ông Mantheakis thì chrysoprase lúc đầu được tìm thấy ở đây vào đầu thập niên 60 và khai thác có giới hạn trước khi quyền đặc nhượng bị quốc hữu hóa bởi chính phủ vào năm 1973, sau đó mỏ không còn hoạt động. Ông Mantheakis, một công dân ở Tanzania phục hồi mỏ vào năm 1986 và năm 1997 được cho toàn quyền  khai thác đất đai cả khu vực này.

Việc khai thác hiện nay được thực hiện ở hầm mỏ lộ thiên trên đỉnh núi Iyobo. Khoảng 30 người địa phương được thuê trong suốt mùa khô. Có 28 hầm mỏ được khai thác trên núi, diện tích từ ~20 đến 250 m². Thiết bị cơ khí hóa được sử dụng để khai quật những vùng chứa mạch có đá quý, sau đó được đào bới lên bằng công cụ cầm tay. Những thợ mỏ theo các mạch cho đến khi mạch này chấm dứt (hình 2) và chrysoprase và prase opal được lấy ra bằng tay (hình 3) và đặt vào những chiếc túi để vận chuyển đến chỗ phân loại.

Khai thác chrysoprase dao động từ khoảng 100 kg đến khoảng 1.000 kg/ tháng; khai thác hàng năm từ 7-10 tấn. Sản lượng này là cho đá thô “không sàng”, bao gồm một số chrysoprase còn lẫn chất nền. Sau khi phân loại và cắt tỉa thì có ~20-30% chrysoprase được đưa ra thị trường, nhưng trong đó chỉ có 3-5% là có chất lượng cao (trong mờ, màu đậm, đều thích hợp để mài thành những viên cabochon hấp dẫn). Prase opal thì có ít hơn: Trong thập kỷ trước đã phát hiện được 2 vùng có mỏ, đem lại tổng cộng 1,5 tấn opal còn lẫn đá nền gốc.

Khoáng vật có chất lượng tốt hơn được gởi đến Dar es Salaam để cắt gọt và đánh bóng thành những viên cabochon. Một số đá thô có chất lượng thấp hơn được làm thành các hạt. Khoáng vật được bán ở các quầy bán sỉ và lẻ ở Dar es Salaam và các hội chợ thương mại quốc tế. Ông Mantheakis cho biết rằng kế hoạch khai thác của ông dễ bị ảnh hưởng bởi môi trường địa phương. Ông làm đường để bảo vệ được nhiều cây lớn và hầu hết các hầm mỏ được đào lên đúng tiến độ khai thác. Ông ước lượng rằng vẫn còn 80% quặng chưa được khai thác.

Khoáng Vật Và Phương Pháp

Đối với nghiên cứu này, chúng tôi nghiên cứu 09 mẫu chrysoprase (5 viên cabochon  [3,72-18,42 ct] và 4 mẫu cắt thô hay đá thô nặng đến 8,6 g) và 5 mẫu prase opal (1 viên cabochon nặng 35,82 ct và 4 mẫu cắt thô hay đá thô nặng đến 7 g). Tất cả được cho là khoáng có chất lượng tốt được khai thác từ mỏ của ông Mantheakis. Chúng tôi lấy dữ liệu của tất cả các mẫu bằng chiết suất kế, kính hiển vi ngọc học, kính hiển vi phân cực, phổ kế để bàn, kính lọc Chelsea và đèn cực tím (UV) cơ bản.

Tất cả các mẫu còn được phân tích bằng một trong các phương pháp sau. Phân tích hóa định lượng được thực hiện bằng cách sử dụng phổ huỳnh quang tia X phân tán năng lượng (EDXRF) Thermo ARL Quant-X với bộ lọc đa cực, điện áp và dòng điện được cài đặt phù hợp với các yếu tố quan tâm. Phổ gần hồng ngoại (UV-Vis-NIR) được ghi nhận trong khoảng 250-2500 nm bằng phổ kế Perkin Elmer Lambda 950, sử dụng một rãnh rộng 2 nm và dữ liệu lấy mẫu khoảng 0,5 mm. (Chỉ có vùng 400-700 nm là chỉ ra kết quả, bởi vì đây là vùng được chú ý nhiều nhất để nghiên cứu nguồn gốc của màu sắc). Phổ hồng ngoại ghi nhận ở vùng 6000-400 cm^-1 bằng phổ kế Thermo Nicolet Magna-IR 760, dùng bộ tụ điện tia 6x ở độ phân giải 4 cm^-1 và 128 tia quét trên mỗi mẫu để cải thiện tỷ số tín hiệu/nhiễu. Chúng tôi ghi được phổ Raman cho cả 2 khoáng bằng cách sử dụng kính hiển vi Renishaw InVia Raman với bức xạ laser 514,5 nm.

Kết Quả Và Thảo Luận

Các đặc tính ngọc học: Các mẫu của cả 2 khoáng đều có màu lục phớt xanh nhạt đến đậm vừa và đục đến trong mờ; tất cả đều có ánh thủy tinh. Thông thường prase opal trong mờ hơn chrysoprase. Sự phân bố màu trong cả 2 khoáng xuất hiện đều hay có các vệch đen rất nhỏ. Hơn nữa, prase opal có những vùng phớt nâu nhỏ, tối, dạng hạt dọc theo các khe nứt, qua phân tích Raman cho thấy chúng rất giống khoáng goethite; mỗi vệch dường như được bao quanh bởi các quầng nhỏ, ở đó prase opal liền kề có màu vàng hơn (hình 4). Qua quan sát thấy rằng đường viền của các quầng theo hình dạng của các vùng tối cho thấy sắt từ những bao thể này ngấm vào prase opal bao quanh.

Các giá trị chiết suất và tỷ trọng của tất cả các mẫu nghiên cứu rơi vào những khoảng sau, điều này giúp ta dễ dàng tách biệt 2 khoáng vật của vùng Haneti:

Kinnunen và Malisa đã từng báo cáo (1990) về những giá trị chiết suất và tỷ trọng tương tự đối với chrysoprase từ vùng Haneti. Những giá trị chiết suất này cao hơn một ít so với những giá trị chiết suất của chacedony nói chung, nhưng giới hạn tỷ trọng lại phù hợp với chrysoprase trong tài liệu (Webster, 1994, trang 252-253). Chúng tôi không tìm được các đặc tính của prase opal trong tài liệu, nhưng giá trị chiết suất và tỷ trọng của các mẫu lại rơi vào giới hạn của opal nói chung theo O’Donoghue (2006).

Tất cả các mẫu đều trơ dưới cả UV sóng ngắn và sóng dài. Chúng có biểu hiện kết hạt khi quan sát dưới kính hiển vi phân cực; biểu hiện này thường thấy trong prase opal. Cả 2 khoáng đều không có phản ứng khi quan sát dưới kính lọc màu Chelsea (tất cả các mẫu vẫn còn màu lục). Dưới phổ kế để bàn cho thấy có phổ hấp thu rộng dưới ~450 nm và trên ~650 nm ở cả 2 khoáng. Hai vùng này có phổ hấp thu mạnh hơn và vùng ở giữa có đường truyền ánh sáng thu hẹp trong giới hạn bước sóng, đối với các mẫu có màu lục đậm hơn của cả 2 khoáng. Không thấy được đường phổ hấp thu sắc nét trong cả 2 khoáng.

Những đặc tính ngọc học của cả chrysoprase và prase opal phù hợp với những ghi nhận trong tài liệu về các mẫu từ vùng Haneti và các khu vực khác. Kinnunen và Malisa (1990) mô tả đặc điểm chrysoprase có vi kiến trúc riêng biệt có chứa các khối cầu điôxyt silic nhỏ sắp xếp hỗn độn (đường kính ~40-80 mm), hình thành các lớp đồng tâm trong thạch anh, chalcedony và opal-A trong các khối đá điôxyt silic. Ngược lại, họ thấy rằng các khối cầu điôxyt silic nhỏ ở prase opal Tanzania lại sắp xếp theo thứ tự và nhỏ hơn nhiều (~5-6 mm). Họ mô tả chrysoprase cũng có “sự phân bố màu giống dãy mây, các mạch chalcedony nhỏ, sáng, các đốm phớt trắng (các lỗ hổng rất nhỏ), các bao thể lỏng nhỏ trong tinh thể thạch anh dạng kim tự tháp đôi và các bao thể phớt nâu của đá gốc” (trang 162) theo quan sát dưới kính hiển vi (phóng đại 10 – 60 lần và các điều kiện ánh sáng khác nhau). Chúng giải thích cho sự thiếu hụt pha khí bốc trong các bao thể lỏng như chứng tỏ rằng chrysoprase hình thành ở nhiệt độ rất thấp và được tích tụ bởi quá trình bốc hơi của dung dịch thủy nhiệt giàu Si hay nước trên bề mặt dọc theo các khe nứt hở trong đá gốc serpentinite đã bị phong hóa.

Phân tích hóa học: Những phân tích EDXRF của chúng tôi cho thấy thành phần chủ yếu là Si và một lượng nhỏ là Ni, Zn và Fe trong cả 2 khoáng. Sử dụng phổ hấp thu nguyên tử, Kinnunen và Malisa (1990) đo được 0,55 wt.% Ni trong chrysoprase cùng với một lượng nhỏ những nguyên tố khác (bao gồm kim loại chuyển tiếp Co, Zn, Fe, Mn và Cu ở một giá trị lên đến 120 ppm và những nguyên tố hiếm trên trái đất chiếm 1 ppm hay ít hơn).

Phổ: Phổ trong dãy nhìn thấy của cả hai khoáng cho thấy phổ hấp thu tăng dần phía dưới khoảng 500 nm và một đỉnh rộng tâm gần 650 nm (hình 5). Điều này cũng phù hợp với phổ của chrysoprase ở Tulare County, California (Rossman, 2009). Vùng phổ trên 650 nm là do Ni²⁺ trong liên kết với tám mặt trong các khoáng silicate (Rossman, 1994, trang 458-459; không có dấu hiệu nào cho thấy nguyên tố này thay thế cho silic hay oxy trong chrysoprase hay prase opal).

Phổ gần hồng ngoại tương tự nhau trong cả hai khoáng (hình 6), với một dãy rộng ở ~ 5245 cm^-1 và một loạt phổ ở 4517, 4326 và 4300 cm^-1 là do sự có mặt của phân tử nước hay các nhóm hydroxyl trong cả 2 khoáng.

Ngược lại phổ Raman của 2 khoáng rất khác nhau (hình 7). Trong chrysoprase, có các đỉnh Raman nhọn, sắc nét ở 1160, 807, 463 (mạnh hơn rất nhiều so với các đỉnh khác), 398, 354 và 264 cm^-1. Tất cả những phổ này lúc đầu được ghi lại trong nghiên cứu phổ Raman của điôxyt silic vi kết tinh (bao gồm chalcedony) bởi Kingma và Hemley (1994). Phổ Raman của prase opal có các đỉnh ở 783, 671 và phổ rộng hơn ở 325 cm^-1. Các phổ tương ứng ở ~800-780 và ~325 cm^-1 được ghi lại trong opal bởi Ostrooumov và những người khác (1999) và bởi Smallwood (2000).

KẾT LUẬN

Chrysoprase và prase opal chất lượng cao (dùng làm trang sức) (hình 8) được khai thác từ serpentinite bị phong hóa gần vùng Haneti, Tanzania. Các đặc tính ngọc học của cả hai khoáng nói chung phù hợp với những tài liệu trước đây về chrysoprase và opal và chúng tôi không thấy bất kỳ đặc điểm nào khác biệt để phân biệt chúng với các khoáng tương tự ở những vùng khác. Chrysoprase có thể phân biệt được với chrome chalcedony nhờ phát quang UV màu vàng, dưới kính lọc Chelsea thấy màu đỏ và đường phổ sắc nét ở 684 nm thấy dưới kính quang phổ (Hyrsl, 1999). Mặc dù giống nhau về màu sắc và hình dạng, chrysoprase và prase opal từ vùng Haneti có thể phân biệt dễ dàng với các vùng khác về giá trị chiết suất, tỷ trọng và phổ Raman của chúng. Khảo sát khu vực khai thác ở núi Iyobo cho thấy có tiềm năng về khoáng vật này trong tương lai. 

(Theo James E. Shigley, Brendan M. Laurs và Nathan D. Renfro trong Notes & New Techniques, G&G Winter 2009)