Petalite Và Pollucite Không Màu, Ngọc Trai Nuôi, Opal Có Đốm Màu Nhấp Nháy (Bản tin tháng 02/2010)

Petalite Và Pollucite Không Màu Ở Laghman, Afghanistan

Farooq Hashmi (Intimate Gems, Jamaica, New York) mới đây có cho GIA mượn 3 viên đá không màu (hình 1), ông ta cho rằng chúng là đá petalite (viên 14,98 ct) và pollucite (viên 11,30 và 12,10 ct) từ tỉnh Laghman, Afghanistan. Ông đã mua đá thô ở Peshawar, Pakistan vào giữa năm 2007 – 2008. Những viên này là các khoáng vật phụ của mỏ pegmatite khai thác tourmaline và những loại đá quý khác. Ông Hashma nói ông ta thấy nhiều kg hai loại khoáng vật quý này ở chợ Peshawar, nhưng theo như ông biết được từ những người buôn đá địa phương thì cả hai loại đá này đều không được khai thác tại đây.

Cả petalite và pollucite đều có đá chủ là pegmatite granitic giàu lithium (Li) và chúng có độ cứng Mohs là 6,5. Petalite (còn được gọi là castorite) là lithium aluminum tectosilicate (LiAlSi₄O₁₀), một loại trong nhóm feldspar. Một quặng lithium chủ yếu gồm spodumen, lepidolite và tourmaline tinh thể dạng cột và khối hình cột từ không màu đến xám hoặc vàng. Pollucite, (Cs, Na)(AlSi₂O₆).nH₂O là zeolite hình thành từ loạt hòa tan chất rắn giữa analcime và chủ yếu là thạch anh, spodumene, petalite và tourmaline cùng với các khoáng trong đá pegmatite khác. Các tinh thể có kích thước gần bằng nhau từ không màu đến màu trắng, thỉnh thoảng cũng có thể tìm thấy các viên đá màu hồng nhạt, mặc dù các mẫu có hình dạng đẹp thì hiếm gặp.

Kiểm tra ngọc học cơ bản cho ta những đặc tính sau (những đặc tính của viên petalite được liệt kê trước, sau đó trình tự đến viên pollucite 11,30 ct và 12,10 ct): chỉ số chiết suất RI: 1,505 – 1,515  và 1,518 – 1,519 hay 1,517 – 1,518; lưỡng chiết suất: 0,010 và 0,001 (viên pollucite hơi dị hướng); tỷ trọng: 2,40 và 2,90; phát quang cực tím: cả 3 mẫu đều trơ dưới cả UV sóng ngắn và sóng dài. Không quan sát được các dải hay vạch hấp thu dưới phổ kế để bàn. Kiểm tra dưới kính hiển vi viên petalite chỉ cho thấy 2 đặc tính. Không thấy bao thể trong viên pollucite 12,10 ct, nhưng ở viên pollucite 11,30 ct có các bao thể không màu (xác định dưới phổ kế Raman) và một mặt gồm nhiều tinh thể ở gần phía đáy (hình 2) có dạng phổ Raman tương tự với dạng phổ Raman của muscovite.

Phân tích EDXRF viên petalite cho thấy thành phần chủ yếu là Si, Al và một ít Fe, Ge, Cs và Sm. Phân tích mẫu pollucite cho thấy phần lớn là Si, Al và Cs, một lượng nhỏ hơn là Rb, Rh, Yb và một ít Ti. Chúng tôi sử dụng tia hồng ngoại (xem G&G Data Depository) và phổ Raman để mô tả thêm những viên đá bất thường này. Phổ IR của viên petalite cho thấy các dải ở ~3358, 3270,6, 3037 và 2591 cm^-1 và một dải rộng dưới ~2390 cm^-1. Phổ IR mẫu pollucite cho thấy dải ~4720 cm^-1 và một dải rộng giữa ~5231 và 5162, ~4141, 3140 và dưới ~2325 cm^-1. Phổ Raman cho thấy chúng phù hợp với petalite và pollucite trong dữ liệu phổ Raman của chúng tôi.

Viên petalite mắt mèo màu hồng từ Nam Phi (Winter 1986 Lab Notes, trang 239-240) có các đặc tính tương tự với petalite không màu từ Afghanistan, ngoại trừ nó có phát quang đỏ mờ dưới bức xạ cực tím và tỷ trọng thấp hơn (2,34). Cả petalite và pollucite do chúng tôi nghiên cứu có các đặc điểm giống với đặc điểm mà ông M.O’Donohue trình bày (trong quyển Gems, quyển thứ 6 được biên tập bởi Butterworth-Heinemann, Oxford, UK, 2006, trang 436-438), mặc dù lưỡng chiết suất của viên petalite cao hơn một ít (0,013) so với trong nghiên cứu này. 

(Theo Erica Emerson (eemerson@gia.edu) và Paul Johnson, GIA Laboratory, New York, trong Gem News International, G&G Summer 2009)

Ngọc Trai Nuôi Ở Fiji

Tại hội chợ đồng hồ và trang sức BaselWorld tổ chức vào tháng 4 năm 2008, Gerhard Hahn Pearl AG (Düsseldorf, Đức) đã trưng bày một số viên ngọc trai nuôi nhiều màu khác nhau (hình 3) từ một nguồn tương đối mới ở quốc đảo Fiji ở Nam Thái Bình Dương. Vì việc sản xuất ở vùng Fiji bị hạn chế nên chỉ có hai trang trại ngọc trai cách đảo Vanua Levu ~60 km, ở vịnh Savusavu và vịnh Buca là được quyền sản xuất. Những viên ngọc trai nuôi được thu hoạch từ trai nước mặn Pinctada margaritifera, chúng được nuôi dưỡng từ trứng trai được lựa chọn ở vùng biển Savusavu. Những con trai nước mặn được cấy các nhân dạng hạt tròn (đường kính nhỏ nhất là 7,5 mm) và được thu hoạch sau 12 – 18 tháng. Chúng có đường kính trung bình là 10,8 mm ở lần thu hoạch đầu tiên (trước khi được cấy các hạt nhân mới cho lần thu hoạch thứ hai). Hầu hết chúng có màu lục phớt xanh nhạt đến màu nâu “chocolate” phổ biến và Gerhard Hahn Pearl AG cho rằng màu của chúng không phải do xử lý; mà cơ bản chỉ tiến hành vài công đoạn làm sạch chúng sau quá trình thu hoạch.

Có đến 65% sản phẩm có các màu nhạt hơn màu đặc trưng của trai nuôi P. margaritifera. Vì có nhiều sản phẩm được tẩy trắng cho giống ngọc trai nuôi P. margaritifera (xem trong Summer 2008 Lab Notes, trang 159-160), Gerhard Hahn Pearl AG đã tặng 20 mẫu cho GIA dùng cho mục đích làm tư liệu chứng minh và chúng được Akira Hyatt và Dr. Wuyi Wang nghiên cứu ở phòng thí nghiệm New York.

Theo nghiên cứu nhiều năm nay của GIA trên hàng ngàn viên trai nuôi P. margaritifera, thì bộ mẫu tuy nhỏ này nhưng lại có nhiều màu đáng chú ý. Tông màu từ xanh đến lục (tông màu lạnh) đến cam và vàng (tông màu nóng), có nhiều mẫu cho thấy độ bão hòa mạnh. Đặc trưng của ngọc trai nuôi P. margaitifera có tông màu lạnh hơn, những viên có tông màu đậm hơn thì độ bão hòa cao hơn còn những viên có tông màu nhạt hơn thì độ bão hòa thấp hơn. Ngược lại trai nuôi từ trai nước mặn Pinctada maxima thì có tông màu nóng, những viên có tông màu nhạt hơn thì độ bão hòa cao hơn, còn những viên có tông màu đậm hơn thì độ bão hòa lại thấp hơn. Ngọc trai nuôi vùng Fiji có cả tông màu nóng và tông màu lạnh, những viên tông màu lạnh có tông màu nhạt hơn và thường có độ bão hòa cao. Ngọc trai nuôi P. maxima cũng có một số màu thông thường (như các tông màu vàng nhưng tông màu đậm hơn và độ bão hòa cao hơn), trong khi đó một số khác giống như ngọc trai xử lý màu “chocolate” (nâu phớt cam, nâu phớt hồng) từ trai P. margaritifera. (Lưu ý rằng ở các độ bão hòa thấp hơn, tông màu nóng thường là màu nâu hay phớt nâu, trong khi đó tông màu lạnh là màu xám hay phớt xám). Nhiều màu sắc khác của ngọc trai nuôi cũng được thấy ở các vỏ trai nước mặn P. margaitifera, trai được dùng để cấy ngọc. (hình 4).

Phổ phản xạ UV-Vis-NIR của 4 loại trai nuôi vùng Fiji trong hình 5: màu nâu (5 mẫu), màu vàng (7 mẫu), màu lục (5 mẫu) và màu xanh (3 mẫu). Các mẫu màu nâu có độ phản xạ giảm dần do sự hấp thụ phổ ở 290, 495 và 700 nm – thường được cho là có liên quan đến màu hữu cơ được thêm vào ở gần bề mặt nền. Những đặc tính phổ này giống với ngọc trai nuôi vùng Tahiti màu nâu tự nhiên. Các phổ hấp thụ ở 290, 495 và 700 nm cũng được thấy ở các mẫu màu vàng nhưng hầu hết các phổ đổ nghiêng về phía các bước sóng thấp hơn. Phổ hấp thụ ở 495 và 700 nm rất yếu ở các mẫu màu lục nhưng dải hấp thu ở 295 nm thì rõ ràng là mạnh hơn nhiều. Hơn nữa, đường cong phổ trong vùng 400–700 nm ở các mẫu màu lục thì ngược lại so với các mẫu màu vàng. Ở các viên ngọc trai nuôi màu xanh, 3 dải liên quan đến màu hữu cơ được thấy rõ, thông thường độ phản xạ tăng dần theo các bước sóng giảm dần. So sánh với dữ liệu quang phổ cho thấy màu các viên ngọc trai nuôi trong nghiên cứu này có thể khẳng định đây là màu tự nhiên. Chụp X-quang thấy rõ các hạt nhân được cấy vào con trai, được giới thiệu bởi Gerhard Hahn Pearl AG.

Các trang trại ở Fiji sản xuất được khoảng 40.000 viên ngọc trai nuôi (~125 kg) mỗi năm và cấy trên khoảng 100.000 con trai nước mặn. Trang trại được điều hành bởi J. Hunter Pearls Fiji Pearling Conservancy theo các nguyên tắc hiện hành của luật môi trường quốc gia để bảo đảm hạn chế tác động tiêu cực đến môi trường tự nhiên. 

(Theo Marisa Zachovay (marisa@hotpebbles.com) Pebbles LLC, Delray Beach, Florida, trong Gem News International, G&G Summer 2009)

Hiện Tượng Quang Học Hiếm Thấy Trên Viên Opal Có Đốm Màu Nhấp Nháy Tán Sắc

Gần đây chúng tôi có nghiên cứu viên opal màu trắng trong suốt dạng oval cabochon nặng 4,43 ct có nhiều đốm màu nhấp nháy tán sắc (play-of-color opal) được cung cấp bởi Francesco Mazzero (Opalinda, Paris, Pháp). Viên đá này có nguồn gốc từ quặng Wegel Tena ở bang Welo, Ethiopia (xem quyển Spring 2009, phần GNI-Gem News International, trang 59-60). “Play-of-color opal” có đặc trưng là những đốm màu tán sắc nhiều màu rất sắc nét là kết quả từ quá trình nhiễu xạ ánh sáng trong vùng nhìn thấy được của mạng lưới các hạt cầu điôxyt silic (E. Fritsch và G. R. Rossman, “Những thông tin về màu sắc của đá quý mới được cập nhật, phần 3: Màu được tạo ra bởi các dải lỗ rỗng và các hiện tượng vật lý”, Summer 1988 G&G, trang 81–102). Tuy nhiên viên opal cabochon này rất đặc biệt vì có nhiều đốm màu tán sắc riêng biệt phân bổ trên toàn bộ viên đá (hình 6). Hiệu ứng này được nhìn thấy rõ nhất khi sử dụng nguồn ánh sáng điểm (các sợi quang học); những đốm màu này cùng nhau dịch chuyển quanh viên đá khi nguồn ánh sáng điểm thay đổi vị trí. Hiện tượng này được nhìn thấy rõ nhất trong đoạn video, trên trang web http://gemnantes.fr/recherche/opale/index.php#reciproque. Thú vị hơn nữa, màu của mỗi đốm thay đổi tăng dần (vd: từ màu vàng sang màu đỏ) theo vị trí chiếu sáng – đôi lúc rất ít, đôi lúc đáng kể. Do viên cabochon này được cắt mài khá xấu, nên các đốm này thỉnh thoảng bị kéo dài thành các vệt nhỏ qua những vùng phẳng hơn thì chúng trở lại bình thường.

Theo nguyên lý nhiễu xạ, sự phóng xạ nhiễu xạ trên 1 mạng lưới kết cấu hoàn hảo sẽ tạo ra các đốm. Vì thế đối với 1 viên opal có mạng lưới các hạt cầu điôxyt silic hoàn hảo, người ta cho rằng sự nhiễu xạ trong vùng ánh sáng nhìn thấy sẽ tạo ra những đốm màu riêng biệt – mà chúng ta quan sát được trong mẫu này. Về mặt vật lý học thì hiện tượng này là biểu hiện vật lý của mạng tinh thể tương tác (xem http://en.wikipedia.org/wiki/reciprocal_lattice). Tuy nhiên mạng lưới cấu trúc của opal không đủ cân đối để tạo ra hiệu ứng này; vì điều này ta mới thấy các đốm bị kéo dài ra để tạo thành các vệt màu. Mỗi vệt tương ứng với 1 vùng nhỏ ở đó từng đốm một kéo dài đến những chỗ méo mó hoặc không cân đối trong mạng lưới cấu trúc, vì thế tạo ra một phương nhiễu xạ “tương đối”. Theo sự định hướng của mạng lưới cấu trúc mà các vệt sẽ biến đổi từ vệt này sang vệt kế tiếp. Bất cứ thứ gì tương tự thấy trên opal, thì đều tuân thủ theo các quy luật nhiễu xạ như trên.

Hiện tượng quang học đặc biệt mà chúng tôi giới thiệu ở đây rất hiếm được nhìn thấy. Do có một mạng lưới cấu trúc hoàn hảo trải dài khắp viên đá (hơn 1 cm), vì thế ta có được một tập hợp các khối cầu rất cân đối phân bố trên một khoảng tương đối rộng. Điều này chỉ có thể hình thành trong điều kiện môi trường địa chất ổn định.

(Theo Emmanuel Fritsch và Benjamin Rondeau, trong Gem News International, G&G Summer 2009)

Khai Thác Zircon Ở Campuchia

Tháng 4 năm 2009, nhóm tác giả đã đến thăm tỉnh Ratanakiri (hay Rattanakiri, Rotanah Kiri), Campuchia, cách khoảng 600 km bằng đường bộ về phía đông nam Phnom Penh. Ratanakiri là nguồn zircon chủ yếu trên thế giới khi được xử lý nhiệt cho ra màu xanh đẹp. Màu xanh không phải là màu tự nhiên của zircon, nhưng việc xử lý nhiệt các khoáng zircon màu nâu đến nâu phớt đỏ từ Indochina sẽ tạo ra các viên đá màu xanh nhạt và nhiều người mê đá quý tin rằng màu xanh đẹp nhất được tạo ra bằng cách nung nhiệt các khoáng zircon màu nâu sẫm của vùng Ratarakiri (hình 7). Đến đầu thế kỷ 20 những quặng này mới được khai thác khi mà tiềm năng về xử lý nhiệt này được áp dụng.

Zircon được thấy tại khu vực chịu ảnh hưởng của núi lửa rộng lớn gồm các lưỡi basalt (bazan) và các núi lửa hình nón cụt nằm rải rác trong khu vực. Basalt kiềm chứa zircon bị giữ lại ở những ranh giới của kết cấu vỏ giòn, cho nên điều này thường xảy ra ở phạm vi nhỏ và không liên tục. Một người buôn zircon địa phương cho chúng tôi biết có hơn 100 quặng ở Ratanakiri nhưng do các vùng đá quý này nhỏ, xa xôi và nhiều người làm việc thời vụ nên khó xác định số công nhân mỏ hay sản phẩm zircon thu được hàng năm. Chúng tôi thấy khoảng 70 hầm hoạt động ở 4 vùng mỏ nhỏ, mỗi hầm có từ 2 đến 4 người. Chúng tôi ước tính mỗi ngày 4 vùng đó khai thác khoảng 500g khoáng vật quý, trong suốt chuyến viếng thăm của chúng tôi. Việc khai thác thực hiện bằng cách đào 1 hầm xuyên qua mặt đất đến đới chứa zircon, nằm dưới mặt đất từ 2 – 15 m (hình 8, bên trái). Ở một số mỏ, đất basalt phân hủy thành đất đỏ bời rời và 1 số đá quý có thể bị tách ra do cào bằng tay qua vùng đất đào. Mặt khác, những viên cuội basalt vẫn còn ở dạng sỏi và khoáng zircon phải được rửa sạch mới có thể nhận ra (hình 8, bên phải). Hơn nữa, từ năm 2005 chính phủ Campuchia chuyển nhượng tổng cộng 19 km² ở Ratanakiri cho 3 công ty: công ty Ultra Marine Kiri, công ty Seoul Digem (Campuchia) và công ty Ratanak Chhorpoan (Campuchia). Chúng tôi có đến thăm 2 công ty nêu tên đầu tiên, nhưng cả 2 đều ngưng hoạt động.

Những viên đá quý mà chúng tôi thấy được trong suốt chuyến viếng thăm hầu hết là zircon từ gần không màu đến nâu sẫm và thỉnh thoảng còn gặp một số viên có màu nâu phớt đỏ. Nhiều tinh thể vẫn còn dạng tứ diện và bề mặt có dạng óng ánh của kim loại nóng chảy (xem lại hình 7) từ quá trình biến đổi một phần hình dạng trong suốt quá trình vận chuyển của basalt. Một lượng đáng kể có tính hấp thụ ánh sáng: sau khi được giữ trong bóng tối nhiều ngày, những viên có màu cam đến đỏ sáng chuyển sang màu nâu khi chiếu dưới ánh sáng mặt trời nhiều ngày. Hiện tượng photochromism - đảo màu theo sự hấp thụ nguồn sáng này là một hiện tượng thuận nghịch và lặp lại. Đá thô thường nặng từ 0,1 – 5g, mặc dù chúng tôi từng thấy các mẫu không xếp vào dạng chất lượng quý có cân nặng đến 100g. Từ các đá thô này sản xuất ra những viên đá quý trong suốt nặng trên 10 ct là rất hiếm, mặc dù những viên đá cắt mài có trọng lượng lớn hơn 100 ct đã từng được biết đến.

Hầu hết đá thô đều được đưa đến Phnom Penh hay Thái Lan để đốt và cắt mài, nhưng cũng có một số được gia công ở Ratanakiri. Các viên đá được đốt trong môi trường nén không khí ở nhiệt độ khoảng 900-1000^oC trong khoảng 1 giờ. Hầu hết tất cả zircon màu nâu từ nguồn đá tại Ratanakiri sẽ chuyển sang màu xanh do việc gia nhiệt (hình 9); màu xanh nhạt thỉnh thoảng cũng được tạo ra từ những viên đá không màu. Những hình ảnh khác trong chuyến đi này hiện có trong G&G Data Depository.

(Theo Mark H. Smith, Thai Lanka Trading Ltd. Part., Bangkok, Thailand; Walter A. Balmer, Department of Geology (Faculty of Science), Chulalongkorn University, Bangkok, Thái Lan, trong Gem News International, G&G Summer 2009)

Cẩm Thạch Xử Lý Có Độ Trong Khác Thường

Cẩm thạch là loại đá đa khoáng vì vậy việc xử lý chúng là rất dễ dàng; thực tế thì việc đá cẩm thạch được tẩm, nhuộm màu đã được tiến hành từ hàng thế kỷ trước. Đầu thập niên 1990, người ta phát hiện ra rằng các đốm màu nâu tự nhiên không mong muốn thường được thấy trong cẩm thạch, chúng có thể được tẩy bằng axit, để còn lại màu trắng, lục hoặc tím thuần khiết. Không may là việc xử lý bằng axit này lại làm hỏng cấu trúc của cẩm thạch, do đó phải dùng keo để lấp đầy các hổng hốc ấy mới có thể sử dụng được. Việc xử lý này ngày nay là việc tầm thường, các phòng giám định bình thường cũng có thể phát hiện ra.

Hai yếu tố chính quyết định giá trị của cẩm thạch là màu sắc và độ trong. Cẩm thạch không bao giờ trong suốt hoàn toàn, nhưng nó càng trong bao nhiêu thì nó càng thu hút bấy nhiêu. Điều này là sự thật, thậm chí nếu mẫu vật là hoàn toàn không màu. Thực vậy, cẩm thạch bán trong suốt, không màu thì rất được nhiều người săn lùng, tìm kiếm.

Một điều thú vị là gần đây phòng giám định GIA tại Carlsbad, California, Mỹ đã nhận được một chiếc vòng đeo tay để giám định (hình 10). Những kiểm tra ngọc học khẳng định nó là cẩm thạch, nhưng chúng tôi lập tức bị gây ấn tượng bởi độ trong suốt khác thường của nó. Chiếc vòng này nhìn chung là không mỏng, tuy nhiên ta lại có thể đọc được dòng chữ xuyên qua nó (hình 11). Những nghiên cứu khác cho thấy rằng vòng này bị tẩm một dung dịch vào và khi quan sát dưới kính hiển vi cho chúng tôi những bằng chứng lý giải về vẻ bên ngoài khác thường của nó.

Hình 11: Vòng cẩm thạch này khá trong đến nỗi có thể đọc được dòng chữ bên dưới nó.

Chiếu sáng trong thị trường tối, vòng này trông có màu phớt tím, mặc dù trong ánh sáng bình thường ta không thấy màu tím. Phóng đại hơn nữa cho thấy màu tím thật sự là do “các vệt sáng” từ các vùng nằm giữa các hạt tinh thể của tổ hợp khoáng, các vệt sáng màu cam cũng lộ ra khi lắc nghiêng vòng (hình 12). Chúng ta từng nhìn thấy hiệu ứng lóe sáng này ở một số khoáng vật quý trong hơn hai thập kỷ qua, đáng kể nhất là trong kim cương xử lý lấp đầy thủy tinh (xem trong mục đầu tiên của phần Lab Notes, G&G Spring 2010) và chỉ có một giải thích cho hiện tượng này là do sự có mặt của các chất lấp đầy với chỉ số chiết suất gần bằng với chỉ số của đá chủ.

Hình 12: Dưới kính hiển vi ta thấy hiệu ứng vệt màu lóe sáng là do sự lấp đầy các khe nứt. Ảnh chụp hiển vi bởi Shane F. McClure, thị trường 1,4 mm

Những quan sát đó cho thấy chúng được tẩm bằng một hợp chất cao phân tử (polyme) có chỉ số chiết suất gần bằng chỉ số của cẩm thạch (khoảng 1,66), nó che lấp các lỗ trống giữa các hạt tinh thể và làm cho chiếc vòng có vẻ trong hơn nhiều so với những chiếc khác. Thật vậy, cẩm thạch không những được xử lý làm tăng màu và độ bền (đặc trưng của việc tẩy và tẩm màu cẩm thạch phổ biến hiện nay) mà còn cải thiện độ trong của nó.

Đây là lần đầu tiên chúng tôi thấy điều đặc biệt này ở cẩm thạch tẩm màu, không kể đến những mẫu thử nghiệm khác đã từng xuất hiện trong phòng nghiên cứu.

(Theo Shane F. McClure, GIA Laboratory, Carlsbad, California USA, trong Lab Notes, G&G Spring 2010)