Введение

Гидратированная аморфная форма диоксида кремния немецкое дочернее предприятие автомобильной марки Stellantis Опал – это гидратированная аморфная форма диоксида кремния (SiO2·nH2O); содержание воды в нем может варьироваться от 3% до 21% по весу, но обычно составляет от 6% до 10%. Благодаря своей аморфной структуре он классифицируется как минералоид, в отличие от кристаллических форм кварца, которые считаются минералами. Он отлагается при относительно низкой температуре и может встречаться в трещинах практически любых горных пород, чаще всего в сочетании с лимонитом, песчаником, риолитом, мергелем и базальтом. Считается, что название «опал» происходит от санскритского слова упала (उपल), означающего «драгоценный камень», а затем от греческого слова опаллиос (ὀπάλλιος). Существует два основных класса опалов: благородный и обыкновенный. Благородный опал демонстрирует радужность (иридесценцию); обыкновенный опал – нет. Радужность определяется как «псевдохроматический оптический эффект, приводящий к вспышкам цветного света от определенных минералов при их вращении в белом свете». Внутренняя структура благородного опала вызывает дифракцию света, что и создает радужность. В зависимости от условий формирования опал может быть прозрачным, полупрозрачным или непрозрачным, а цвет фона может быть белым, черным или почти любым цветом видимого спектра. Черный опал считается самым редким, а белый, серый и зеленый – наиболее распространенными.

Драгоценный опал

Драгоценный опал демонстрирует изменчивую игру внутренних цветов, и хотя он является минералоидом, обладает внутренней структурой. В микроскопическом масштабе драгоценный опал состоит из сфер кремнезёма диаметром в несколько сотен нанометров, расположенных в гексагональной или кубической плотноупакованной решётке. В середине 1960-х годов Дж. В. Сандерс показал, что эти упорядоченные сферы кремнезёма создают внутренние цвета, вызывая интерференцию и дифракцию света, проходящего через микроструктуру опала. Регулярность размеров и упаковки этих сфер является ключевым фактором, определяющим качество драгоценного опала. Если расстояние между регулярно упакованными плоскостями сфер составляет примерно половину длины волны компонента видимого света, свет этой длины волны может подвергаться дифракции на дифракционной решётке, созданной слоями плоскостей. Наблюдаемые цвета определяются расстоянием между плоскостями и ориентацией плоскостей относительно падающего света. Этот процесс описывается законом дифракции Брэгга. Видимый свет не проникает сквозь большие толщины опала, что является основой оптической запрещенной зоны в фотонном кристалле. Предположение о том, что опалы являются фотонными кристаллами для видимого света, было высказано в 1995 году группой Василия Астратова. Кроме того, микротрещины могут заполняться вторичным кремнезёмом, образуя тонкие ламели внутри опала в процессе его формирования. Термин «опалесценция» обычно используется для описания этого уникального и красивого явления, которое в геммологии называется игрой цвета. В геммологии опалесценция применяется к мутному, молочному блеску обычного или почкового опала, не демонстрирующего игру цвета. Опалесценция является формой адуляресценции. Для изготовления драгоценных камней большинство опалов подвергаются огранке и полировке для получения кабошона. «Натуральный» опал относится к полированным камням, состоящим исключительно из драгоценного опала. Опалы, слишком тонкие для создания «натурального» опала, могут комбинироваться с другими материалами для формирования «композитных» драгоценных камней. Опальный дублет состоит из относительно тонкого слоя драгоценного опала, подложенного слоем тёмного материала, чаще всего железняка, тёмного или чёрного обычного опала (поча), оникса или обсидиана. Тёмная подложка усиливает игру цвета и создаёт более эффектный вид, чем светлый поч. Опальный триплет похож на дублет, но имеет третий слой – куполообразную крышку из прозрачного кварца или пластика сверху. Крышка подвергается высококачественной полировке и служит защитным слоем для опала. Верхний слой также действует как увеличительное стекло, усиливая игру цвета опала под ним, который часто является образцом низкого качества или чрезвычайно тонким срезом драгоценного опала. Триплетные опалы обычно выглядят более искусственно и классифицируются не как драгоценные камни, а как «композитные» драгоценные камни. Применение драгоценного опала в ювелирных изделиях может быть несколько ограничено его чувствительностью к нагреву, главным образом из-за относительно высокого содержания воды и склонности к царапинам. В сочетании с современными методами полировки дублетный опал может создавать эффект, аналогичный натуральному чёрному или боулдер-опалу, при значительно меньшей стоимости. Дублетный опал также имеет дополнительное преимущество – в отличие от триплетного опала, он имеет настоящий опал в качестве верхнего, видимого и осязаемого слоя.

Опал обыкновенный

Помимо разновидностей опала, демонстрирующих игру цвета, к другим распространенным видам опала относятся молочный опал, от молочно-голубоватого до зеленоватого оттенка (который иногда может достигать качества драгоценного камня); смолистый опал, медово-желтого цвета со смолистым блеском; древесный опал, образующийся в результате замещения органического вещества в древесине опалом; менилит, коричневого или серого цвета; гиалит – бесцветный, прозрачный как стекло опал, иногда называемый мюллеровским стеклом; гейзерит, также известный как кремнистый синт, отлагающийся вокруг горячих источников или гейзеров; и диатомовая земля – скопления панцирей или тестов диатомовых водорослей. Обычный опал часто обладает туманным, молочно-мутным внутренним блеском. В геммологии этот оптический эффект строго определяется как опалесценция, являющаяся разновидностью адуляресценции.

Разновидности обыкновенного опала

"Гирасольный опал" – это термин, который иногда ошибочно и некорректно используется для обозначения огненных опалов, а также разновидность прозрачного до полупрозрачного молочного кварца из Мадагаскара, демонстрирующая астеризм, или звёздный эффект, при правильной огранке. Однако, настоящий гирасольный опал…

Перуанский опал (также называемый голубым опалом) – это полупрозрачный до непрозрачный сине-зелёный камень, найденный в Перу, который часто подвергается огранке с сохранением матрицы в более непрозрачных образцах. Он не проявляет радужности (игры цвета). Голубой опал также добывается в Орегоне и Айдахо в регионе Оуихи, а также в Неваде в районе долины Вирджин. Опал также формируется диатомовыми водорослями. Диатомы – это вид водорослей, которые после гибели часто образуют слои на дне озёр, заливов или океанов. Их клеточные стенки состоят из гидратированного диоксида кремния, что придает им структурную окраску и, следовательно, вид крошечных опалов при микроскопическом исследовании. Эти клеточные стенки, или "панцири", формируют "зерна" диатомовой земли. Эта осадочная порода белая, непрозрачная и мелкозернистая по текстуре. Диатомит имеет множество промышленных применений, таких как фильтрация или адсорбция, благодаря мелкому размеру частиц и высокой пористости, а также используется в садоводстве для повышения водопоглощения.

История

В древности опал был редким и очень ценным камнем. В Европе его ценили как драгоценный камень монархи. До открытия крупных месторождений в Австралии в XIX веке единственным известным источником была Червеница за пределами Римской империи, в Словакии. Опал является национальным камнем Австралии.

Австралия

Город Кубер-Педи в Южной Австралии является основным источником опала. Самый большой и ценный в мире опал "Олимпик Австралис" был найден в августе 1956 года на опаловом поле "Восемь миль" в Кубер-Педи. Его вес составляет [вес], длина – [длина], высота – [высота] и ширина – [ширина]. Опаловое поле Минтаби в Южной Австралии, расположенное примерно в [расстояние] к северо-западу от Кубер-Педи, также дает большие объемы кристаллического опала и более редкого черного опала. На протяжении многих лет его ошибочно продавали за границей как опал из Кубер-Педи. Считается, что черный опал – один из лучших образцов, найденных в Австралии. Андамука в Южной Австралии также является крупным производителем матричного опала, кристаллического опала и черного опала. Другой австралийский город, Лайтинг-Ридж в Новом Южном Уэльсе, является основным источником черного опала, опала с преимущественно темным фоном (от темно-серого до сине-черного, демонстрирующего игру цвета), добытого из формации Гриманов Крик. Каменный опал состоит из конкреций и заполнений трещин в темной кремнистой матрице железняка. Он встречается спорадически в западном Квинсленде, от Кюнуны на севере до Йоуа и Короита на юге. Наибольшее его количество можно найти в районе Джунды и Квилпи в Юго-Западном Квинсленде. В Австралии также встречаются опализованные ископаемые останки, включая кости динозавров в Новом Южном Уэльсе и Южной Австралии, а также останки морских существ в Южной Австралии.

Эфиопия

Сообщается, что североафриканский опал использовался для изготовления инструментов еще в 4000 году до нашей эры. Первый опубликованный отчет о драгоценном опале из Эфиопии появился в 1994 году, с открытием драгоценного опала в районе Менз-Гише, провинция Северная Шева. Опал, найденный преимущественно в виде конкреций, имел вулканическое происхождение и встречался в основном в выветренных слоях риолита. Этот опал из провинции Шева был в основном темно-коричневого цвета и склонен к растрескиванию. Эти характеристики сделали его непопулярным в торговле драгоценными камнями. В 2008 году было обнаружено новое месторождение опала примерно в 180 км к северу от провинции Шева, недалеко от города Вегельтена, в эфиопской провинции Волло. Опал из провинции Волло отличался от предыдущих эфиопских находок тем, что больше походил на осадочные опалы Австралии и Бразилии, с светлым фоном и часто яркой цветовой игрой. Опал провинции Волло, более известный как "Вело" или "Велло", стал доминирующим эфиопским опалом в торговле драгоценными камнями.

Виргин-Вэлли, Невада

В опаловых месторождениях Виргин-Вэлли округа Гумбольдт на севере Невады добывают широкое разнообразие драгоценных черных, кристаллических, белых, огненных и лимонных опалов. Черный огненный опал является официальным драгоценным камнем штата Невада. Большая часть драгоценного опала образовалась в результате частичной замены древесины. Драгоценный опал залегает непосредственно в подповерхностном горизонте или зоне бентонита, который рассматривается как "жильное" месторождение. Опалы, выветрившиеся из первичных залежей, являются аллювиальными и считаются россыпными месторождениями. Найдены опализированные зубы, кости, рыба и голова змеи миоценового возраста. Некоторые опалы содержат высокое количество воды и могут высыхать и трескаться при высушивании. Крупнейшими действующими рудниками Виргин-Вэлли были знаменитые рудники Rainbow Ridge, Royal Peacock, Bonanza, Opal Queen и WRT Stonetree/Black Beauty. Самый большой неполированный черный опал в Смитсоновском институте, известный как "опал Рёблинга", был добыт в туннельной части рудника Rainbow Ridge в 1917 году. Самый большой полированный черный опал в Смитсоновском институте происходит с рудника Royal Peacock в Виргин-Вэлли.

Мексика

Огненный опал – это прозрачный или полупрозрачный опал с теплыми оттенками от желтого до оранжевого и красного. Хотя огненные опалы обычно не демонстрируют радужной игры цвета, иногда в них можно увидеть яркие зеленые вспышки. Самый известный источник огненных опалов – штат Керетаро в Мексике; эти опалы обычно называют мексиканскими огненными опалами. Огненные опалы, не проявляющие радужной игры цвета, иногда называют «желейными» опалами. Мексиканские опалы иногда вырезают вместе с их риолитовой породой-основой, если она достаточно тверда для резки и полировки. Этот вид мексиканского опала называется опалом «Кантера». Другой вид опала из Мексики, известный как мексиканский водный опал, представляет собой бесцветный опал с голубоватым или золотистым внутренним блеском. Опал встречается в значительном количестве и разнообразии в центральной Мексике, где добыча и производство впервые начались в штате Керетаро. В этом регионе опальные месторождения в основном расположены в горных хребтах трех муниципалитетов: Колон, Текискиапан и Эзекиэль Монтес. В период с 1960-х по середину 1970-х годов шахты Керетаро активно разрабатывались. Современные добытчики сообщают, что тогда было гораздо легче найти качественные опалы с ярким огнем и радужной игрой цвета, в то время как сегодня драгоценные опалы найти очень сложно и они стоят сотни долларов США и более. Оранжево-красный фон характерен для всех «огненных опалов», включая «мексиканский огненный опал». Старейшая шахта в Керетаро – Санта-Мария-дель-Ирис. Она была открыта около 1870 года и с тех пор открывалась как минимум 28 раз. В настоящее время в районах вокруг Керетаро насчитывается около 100 шахт, но большинство из них закрыты. Опалы наивысшего качества добывались в шахте Санта-Мария-дель-Ирис, за ней следуют шахты Ла-Хасиенда-ла-Эсперанса, Фуэнтезуэлас, Ла-Карбонера и Ла-Тринидад. Важные месторождения в штате Халиско были обнаружены только в конце 1950-х годов. В 1957 году Альфонсо Рамирес (из Керетаро) случайно обнаружил первую опаловую шахту в Халиско: Ла-Уника, расположенную во внешней части вулкана Текила, недалеко от ранчо Уитцилапан в Магдалене. К 1960 году только в этом регионе было известно около 500 опаловых шахт. Другие регионы страны, которые также производят опалы (более низкого качества), – это Герреро, который производит непрозрачный опал, похожий на австралийский (некоторые из этих опалов тщательно обрабатываются теплом для улучшения их цвета, поэтому опалы высокого качества из этого района могут вызывать сомнения). Небольшие опаловые шахты также есть в Морелосе, Дуранго, Чиуауа, Нижней Калифорнии, Гуанахуато, Пуэбле, Мичоакане и Эстадо-де-Мексико.

Другие места

Еще один источник белого опала или кремового опала в Соединенных Штатах – Спенсер, штат Айдахо. Высокий процент опалов, найденных там, встречается в виде тонких слоев. Другие значительные месторождения драгоценного опала по всему миру можно найти в Чехии, Канаде, Словакии, Венгрии, Турции, Индонезии, Бразилии (в Педро II, штат Пиауи), Гондурасе (в частности, в Эрандике), Гватемале и Никарагуа. В конце 2008 года NASA объявило об обнаружении залежей опала на Марсе.

Опал ископаемый

Древесный опал, также известный как ксилопал, — это разновидность опала и тип окаменелой древесины, приобретшей опалесцирующее сияние, или, реже, древесина, полностью замененная опалом. Другими названиями для этой опализированной древесины являются опализированная древесина и опализированная окаменелость древесины. Он часто используется как драгоценный камень.

Синтетический опал

Опалы всех разновидностей были синтезированы как в лабораторных, так и в промышленных условиях. Открытие упорядоченной сферической структуры благородного опала позволило Пьеру Гильсону синтезировать его в 1974 году. Синтетические опалы также активно изучаются в фотонике для применения в сенсорах и управлении светом.

Местная атомная структура

Решетка сфер опала, вызывающая интерференцию света, в несколько сотен раз больше фундаментальной структуры кристаллического диоксида кремния. Поскольку опал является минералоидом, его структура не описывается элементарной ячейкой. Тем не менее, опалы можно приблизительно разделить на те, которые не проявляют признаков кристаллического порядка (аморфный опал), и те, которые демонстрируют признаки начала кристаллического порядка, обычно называемые криптокристаллическим или микрокристаллическим опалом. Эксперименты по дегидратации и инфракрасная спектроскопия показали, что большая часть H2O в формуле SiO2·nH2O опалов присутствует в виде кластеров молекул воды. Изолированные молекулы воды и силанолы, такие как структуры SiOH, обычно составляют меньшую долю от общего количества и могут располагаться вблизи поверхности или в дефектах внутри опала. Структура низкотемпературных полиморфов безводного диоксида кремния состоит из каркасов тетраэдров SiO4, соединенных по углам. Высокотемпературные полиморфы диоксида кремния – кристобалит и тридимит – часто первыми кристаллизуются из аморфного безводного диоксида кремния, а локальные структуры микрокристаллических опалов также, по-видимому, ближе к структурам кристобалита и тридимита, чем к кварцу. Структуры тридимита и кристобалита тесно связаны и могут быть описаны как гексагональные и кубические плотноупакованные слои. Следовательно, возможны промежуточные структуры, в которых слои не укладываются регулярно.

Микрокристаллический опал

Микрокристаллический опал или опал CT рассматривается как состоящий из кластеров, сложенных из кристобалита и тридимита на очень малых расстояниях. Сферы опала в микрокристаллическом опале сами по себе образованы крошечными нанокристаллическими пластинками кристобалита и тридимита. Микрокристаллический опал иногда дополнительно подразделяется в научной литературе. Содержание воды может достигать 10 мас. %. Опал CT, также известный как люссатин или люссатит, рассматривается как состоящий из локализованного упорядочения α-кристобалита с большим количеством дефектов упаковки. Типичное содержание воды составляет около 1,5 мас. %.

Некристаллический опал

Предложены две широкие категории некристаллических опалов, которые иногда называют просто "опалом А" ("А" обозначает "аморфный"). Первый из них – опал AG, состоящий из агрегатов кремнеземных сфер, с водой, заполняющей пространство между ними. Драгоценный опал и опал-поч обычно являются разновидностями этого типа, отличаясь регулярностью размеров сфер и плотностью их упаковки. Второй "опал А" – опал AN, или аморфное кремнеземное стекло, содержащее воду. Гиалит – другое его название. Сообщается, что некристаллический кремнезем в кремнистых отложениях постепенно превращается в опал CT, а затем в опал C в процессе диагенеза, из-за возрастающего давления вышележащих слоев в осадочных породах, что приводит к уменьшению дефектов структуры.

Химические группы поверхности опала

Поверхность опала, контактирующая с водой, покрыта силоксановыми связями (≡Si–O–Si≡) и силанольными группами (≡Si–OH). Это делает поверхность опала очень гидрофильной и способной к образованию многочисленных водородных связей.

Этимология

Слово «опал» происходит от латинского слова opalus. Происхождение этого слова, в свою очередь, является предметом споров, но большинство современных источников предполагают, что оно заимствовано из санскритского слова úpala, означающего «драгоценный камень». Упоминания об этом камне встречаются у Плиния Старшего. Существует предположение, что название произошло от Опс, жены Сатурна и богини плодородия. Часть праздника Сатурналии, посвященная Опс, называлась «Опалия», что созвучно с opalus. Распространено также мнение, что термин происходит от древнегреческого слова opallios. Это слово имеет два значения: одно связано с «видением» и является основой для английских слов, таких как «opaque» (непрозрачный); другое – «иной», как в словах «alias» (под другим именем) и «alter» (изменять). Утверждается, что opalus объединил эти значения, означая «видеть изменение цвета». Однако историки отмечают, что первые упоминания opallios появляются лишь после того, как римляне завоевали греческие государства в 180 году до н.э., а ранее они использовали термин paederos. Также считалось, что опал дарует невидимость, если его завернуть в свежий лавровый лист и держать в руке. В результате опал считался покровителем воров в Средние века. После публикации романа сэра Уолтера Скотта «Анна из Гейерштейна» в 1829 году опал приобрел менее благоприятную репутацию. В романе Скотта баронесса Арнхайм носит опаловый талисман, обладающий сверхъестественными силами. Когда на талисман попадает капля святой воды, опал становится бесцветным, а баронесса вскоре после этого умирает. Благодаря популярности романа Скотта люди стали связывать опалы с неудачей и смертью. Вплоть до начала XX века считалось, что если русский увидит опал среди других товаров, выставленных на продажу, ему не следует ничего больше покупать, так как опал считался воплощением сглаза.