Kde jsou kameny?
Země je třetí planetou sluneční soustavy. Jak ukazuje studium záznamů spekter seismických vln vycházejících ze zemětřesení, strukturálně se planeta Země skládá z centrálního jádra, pláště a kůry (obr. 2.1). Jádro má průměr asi 7000 4300 km (2100 1300 mil) a předpokládá se, že se skládá ze dvou částí. Vnější jádro je asi 2700 1700 km (80 XNUMX mil) tlusté a zdá se, že je složeno z vysoce plastového substrátu (zcela nebo částečně roztaveného) nazývaného „magma“. Ještě hlouběji je vnitřní jádro, které má průměr asi XNUMX XNUMX km (XNUMX XNUMX mil), složené z pevných látek, o nichž se předpokládá, že XNUMX % tvoří železo a různé množství niklu, křemíku a kobaltu.
Obrázek 2.1. Zjednodušený diagram zobrazující vnitřní strukturu Země (včetně jádra, pláště a kůry).
Mezi jádrem a vnějším obalem (“kůrou”) je mezilehlá zóna (“plášť”) částečně plastového substrátu o tloušťce asi 2900 km (1800 mil). Nad pláštěm je pevná zemská kůra. Tloušťka zemské kůry se podle geofyzikálních údajů odhaduje od 5 km (3 míle) pod oceány do 72 kilometrů u „kořenů“ nejvyšších pohoří. Z těchto tří strukturních zón je pro gemology největší zájem zemská kůra, protože právě v ní vznikají všechna ložiska drahých kamenů a její geologie je klíčem k získání informací o nich.
Minerály a horniny
Nejprve je nutné přesně definovat, co se z vědeckého hlediska rozumí pod pojmem „minerál“ a „hornina“. Minerál je látka, která vzniká v hlubinách Země v důsledku přírodních procesů anorganické (tj. neživé) povahy. Minerál se vyznačuje homogenitou vlastností, určitým chemickým složením a atomovou strukturou a má také komplex optických a jiných fyzikálních vlastností, které jsou v celém jeho objemu stejné.
V mineralogii existuje několik tisíc druhů minerálů, ale jen několik desítek (asi sto) z nich má potřebné vlastnosti – krásu, vzácnost a trvanlivost – aby je bylo možné uznat jako vhodné pro použití jako šperky. V této vybrané skupině je několik minerálů zastoupených kovy. Patří sem: zlato, stříbro, platina a kovy skupiny platiny – palladium, rhodium a iridium (rhodium se používá jako dekorativní a ochranný povlak na zlatě, stříbře a platině a iridium se často používá jako důležitá součást šperkařských slitin se zlatem popř. platina). Tyto „ušlechtilé“ kovy, stejně jako diamant, patří do třídy nativních prvků (pojmy chemických prvků a jejich sloučenin budou podrobněji probrány v kapitola 3).
Drahokamy se těží z hlubin země spolu s dalšími minerály, které jsou s nimi ve spojení. Hlavní část těženého materiálu (rudy) tvoří směs minerálů, tvořících agregáty v různých kombinacích minerálního složení a texturních a strukturních charakteristik. Takové směsi nebo agregáty se obvykle nazývají horniny. Například žula se skládá ze směsi živců a křemene a může obsahovat i příměs slídy nebo jiných příbuzných minerálů. Až na několik výjimek, jako je lapis lazuli (jmenovitě metasomatická hornina lapis lazuli – „lapis lazuli“) nebo nefrit, což jsou metasomatické horniny, je většina drahých kamenů nezávislými minerálními druhy nebo minerály, které jsou členy izomorfní řady mísitelnosti.
Vznik hornin v zemské kůře
Sedimentární horniny
Vrátíme-li se k úvahám o struktuře vnitřních obalů Země, můžeme si všimnout jasně rozlišitelné třívrstvé struktury zemské kůry (obr. 2.2). Nejsvrchnější a nejtenčí skořápka je tvořena převážně sedimentárním materiálem (většinou klastickým, např.: štěrk, písek, jíl atd.). Tento sedimentární materiál vznikl pod vlivem erozních faktorů (např.: déšť, vítr, proudící voda) v procesu destrukce již existujících hornin středního obalu zemské kůry a později prošel litifikací za vzniku sedimentárních horniny (například: pechanit a vápenec). Vzhledem k sedimentárnímu mechanismu vzniku takových hornin se nazývají sedimentární (sedimentární).
Obrázek 2.2. Diagram ukazující relativní polohy sedimentárních, vyvřelých a metamorfovaných hornin v zemské kůře.
Vyvřeliny
Druhá skořápka vzniká v důsledku metamorfózy sedimentárních hornin nebo ochlazení roztaveného magmatu. Skládá se z hornin, které jsou popsány jako metamorfický (metamorfický) A ohnivý (ohnivý), jehož nejznámějším příkladem je žula. Jeho horní část se nazývá „žulová“ vrstva.
Spodní část této slupky zemské kůry tvoří vyvřelé horniny, které jsou zpravidla tmavší a hustší než horniny v nadložní „žulové“ vrstvě a jsou z velké části zastoupeny bazickými a ultramafickými horninami s nízký obsah oxidu křemičitého a vysoký obsah železa a hořčíku. Nazývají se vyvřelé horniny, které vykrystalizovaly z magmatu, které nevybuchlo na zemský povrch plutonický (plutonický), a ty vybuchly na povrch – sopečný (sopečný), částečně vylité – vytlačovací (vytlačovací). Horniny, k jejichž ochlazení došlo v hlubokých podmínkách, hlouběji než 3-4 km od povrchu země, se nazývají propastný (propastný), a ty, jejichž ochlazení nastalo v podmínkách blízko povrchu, jsou hypabysální. Vyvřelé horniny, které vykrystalizovaly z magmatu po zavedení do vrstev již vytvořených hornin, se nazývají – dotěrný (rušivé).
Metamorfované horniny
Některé vyvřelé a sedimentární horniny nacházející se v různých vrstvách zemské kůry procházejí změnami v důsledku vystavení zvýšeným teplotám a tlakům, takové horniny se nazývají metamorfický (metamorfický). Například známý mramor je metamorfovaná hornina, která vznikla z vápence nebo dolomitu vlivem vysokých teplot a tlaků. Dalšími příklady procesů metamorfózy jsou případy kontaktních změn v hostitelských horninách při interakci s intruzovaným magmatem nebo za stresových podmínek dynamometamorfózy při rozsáhlých tektonických procesech.
Skupiny minerálů, typy a odrůdy minerálů
V současné době zahrnuje systematická část mineralogie více než 4000 XNUMX minerálních druhů (druh). Pro účely klasifikace jsou všechny rozděleny do tříd, podtříd, rodin a skupin (skupiny). Každá skupina obsahuje minerály, které mají podobné chemické složení a strukturní vlastnosti. Gemologie, přestože operuje s omezenějším počtem minerálů, které se používají jako šperky a ozdobné kameny, přísně dodržuje všechny zásady mineralogické taxonomie.
Drahé kameny jsou tedy jasně klasifikovány podle minerálních typů, ke kterým patří. V gemologii se však často používají zobecňující mineralogické termíny, které v mineralogii označují názvy skupin, čeledí a nadskupin, jako například: granátová skupina a nadskupina („granát“), živcová rodina („živec“), nadskupina turmalín („turmalín“) a další. Někdy v důsledku široké izomorfní mísitelnosti není možné určit konkrétní minerální druh, pak operují s termíny jako „podskupina“ (pro minerály skupiny granátů se široce používají termíny ugrandity a pyralspity) a „izomorfní“. řada mísitelnosti“ (například řada: pyrope-almandin, pyrope-spessartin , andradit-grossulární, londonit-rodicit).
V gemologii je rozšířené dělení minerálních druhů do odrůd (odrůdy), například: pro spodumen – kunzit a gedenit; pro korund – rubín, safír, leukosafír, barevný safír; pro beryl – smaragd, akvamarín, heliodor, bixbite a další. Minerální odrůdy se od sebe zpravidla liší vzhledem (který souvisí s podmínkami tvorby minerálu nebo jeho agregátu, například: chalcedon – onyx a achát) nebo barvou (která souvisí s nuancemi chemického složení). nebo strukturní vlastnosti minerálu).
Abychom trochu zjednodušili práci začínajícího gemologa a předešli případným záměnám s názvy nadskupin, čeledí, skupin, minerálních druhů a variet, jsou uvedeny informace o nejběžnějších šperkařských kamenech, jejichž názvy se objevují v názvech různých mineralogických taxonů. odráží v tabulka 2.1.
Původ drahokamů
Podmínky vzdělávání (původ) drahé kameny jsou určeny tím, kde v zemské kůře nebo plášti vznikají. Sedimentární horniny nepostižené sekundárními změnami zpravidla nejsou příznivým prostředím pro vznik primárních projevů polodrahokamového materiálu. Výjimkou jsou ložiska některých fosilních pryskyřic, ammolitu a fosilního bažinného dřeva. Tyto drahokamy jsou primárního sedimentárního původu a nakonec vznikají ve fázi sedimentogeneze, včetně přenosu, akumulace a pohřbívání sedimentů, před projevem litogenetických procesů. Někteří autoři s jistou tolerancí do tohoto výčtu zařazují tryskové uhlí, ale podle našeho názoru dochází k tvorbě hnědých uhlí tryskem nebo k přeměně sapropelických kalů bohatých na organickou hmotu na tryskové uhlí v důsledku procesů litogeneze – diageneze a katageneze.
Ve fázi diageneze v sedimentárních horninách tedy dochází k látkovému přenosu, odstraňování jednotlivých chemických prvků ze složení sedimentů nebo mineralizaci pod vlivem vodných roztoků obohacených minerály. Aragonitové sedimenty se mohou změnit na kalcit a opál na chalcedon. Ve vyluhovacích dutinách z vodných roztoků lze ukládat opál s další přeměnou na chalcedon nebo ukládat agregát aragonit-kalcit ve formě mramorového onyxu. Ve fázi katageneze dochází k litifikaci sypkých a plastických sedimentů, karbonizaci a mineralizaci organických zbytků, z vodných roztoků může vznikat i opál, může krystalizovat kalcit, křemen a další minerály, procesy nejen strukturní, ale i chemické přeměny minerálů mohou nastat např. procesy metasomatismu.
Při tvorbě primárních sedimentárních hornin se však vytvářejí podmínky pro obohacování polodrahokamového materiálu z erozních produktů podle principů gravitační (vznik sypačů spinelu, zirkonu, korundu, diamantu) a chemické separace (vznik eluviálních sypačů). a vrstvy obohacené o chemicky stabilní minerály, jako je granát, křemen, turmalín). Výsledkem jsou nerovnoměrné pevnostní vlastnosti v zrnech a krystalech drahých kamenů. Během procesu zvětrávání a transportu se obohacují v důsledku štěpení a obrušování oslabených oblastí spojené s přítomností trhlin a vnitřních vměstků. V rýžovištích jsou tedy drahokamy zastoupeny zrny nebo úlomky s různým stupněm kulatosti, velikosti od štěrku po oblázky, méně často balvany.
Vznik většiny ložisek nejvýznamnějších klenotnických kamenů, jako jsou křemen, živec, beryl, topaz, turmalín, zirkon a další, přímo či nepřímo souvisí s masivy vyvřelých či jiných hlubinných hornin a procesy provázejícími jejich vznik. Nízké teplotní gradienty, nízké rychlosti cirkulace roztoku a vysoké tlaky podporují růst velkých krystalů v „dutinách“ nebo počátečním substrátu (obr. 2.3).
Jak se magma pomalu ochlazuje v sekvenci známé jako Bowenova řada, nejdříve krystalizují minerály s nízkým obsahem křemíku. Horniny obsahující velké množství oxidu křemičitého a těkavých složek, které se podílejí na vzniku značné části drahokamů, jsou tedy zpravidla reprezentovány greiseny a granitoidy, obohacenými o diferencované segregace, včetně dutinových (miarolitických) pegmatitů s mineralizací drahokamů. Hromadění plynů v jakémkoli magmatu s různým složením při jeho tuhnutí zpravidla vede ke vzniku dutin, které jsou následně často vyplněny polodrahokamovou mineralizací (obr. 2.4).
Změny tlaku a vysoké teploty při usazování magmatu spolu s vodnými roztoky hostitelských hornin přispěly k mobilizaci minerálních složek a následným procesům metasomatismu, rekrystalizace či krystalizace v dutinách.
Příklady toho jsou granát, andaluzit, hadec, nefrit a jadeit.
Minerály jako smaragd, alexandrit, rubín a safír jsou často geneticky příbuzné postmagmatickým roztokům a chemickým reakcím, které způsobují. A takové drahokamy jako některé granáty, andaluzit, jadeit, hadec a částečně nefrit tvořící amfiboly vděčí za svůj vznik nejčastěji faktorům regionální metamorfózy či dynamometamorfózy.
Tabulka 2.1.
Rodina/Superskupina
Skupina
Minerální vzhled