Исследователи выяснили, как образуются сапфиры
Сапфиры, как и многие драгоценные камни, образуются в недрах земной коры, подвергаясь воздействию огромного давления и высокой температуры. Однако точный рецепт синих кристаллов ранее ускользал от учёных.
Основным ингредиентом сапфиров является форма оксида алюминия (корунда) вместе с коктейлем микроэлементов, включая железо, титан, кобальт, свинец, хром, ванадий, магний, бор и кремний.
Их знаменитый синий цвет обусловлен этими микроэлементами, в частности железом и титаном. Когда эти элементы присутствуют в кристалле, они взаимодействуют с кристаллической решеткой и поглощают определенные длины волн света, особенно в красной и желтой частях спектра.
Поскольку эти длины волн поглощаются, оставшийся отраженный свет преимущественно синий, поэтому сапфиры кажутся нашим глазам насыщенного ультрамаринового цвета. Рубины — еще один корундовый минерал, но их алый оттенок вызван более высокой концентрацией другой примеси: хрома.
Приготовление этой сложной смеси элементов представляет собой интенсивный естественный процесс с участием древней вулканической породы с низким содержанием диоксида кремния, но богатой натрием и калием.
В новом исследовании ученые из Гейдельбергского университета раскрыли понимание этого процесса, проанализировав 223 сапфира, найденных в нагорье Айфель на западе Германии, вулканическом регионе, где магма из мантии Земли проникала в кору на протяжении почти 700 000 лет.
Хотя некоторые из сапфиров были найдены в образцах горных пород, собранных из вулканических отложений в этом регионе, большинство из них было обнаружено в речных отложениях, что является свидетельством их прочности.
«Как и золото, сапфир очень устойчив к атмосферным воздействиям по сравнению с другими минералами. В течение длительного периода времени зерна вымываются из породы и откладываются в реках. Из-за их высокой плотности их легко отделить от более легких компонентов отложений», — говорят ученые.
Происхождение сапфиров было отслежено с помощью анализа изотопов кислорода и микроэлементов, который показал, что они образовались в то же время, когда в этом регионе начался вулканизм.
Состав изотопов кислорода в сапфирах позволяет предположить, что они не оставались при высоких температурах (выше 900°C) очень долго, что противоречит устоявшейся теории о том, что они образуются внутри мантии или нижней коры.
Вместо этого некоторые сапфиры получили свои изотопные характеристики из мантийных расплавов, которые были смешаны с нагретыми и частично расплавленными породами земной коры, обнаруженными на глубине от 5 до 7 километров. Другие сапфиры образовались, когда подземные расплавы вступили в контакт с окружающими стенами скал, в результате чего из этих пород образовались сапфиры.
«В Айфеле в кристаллизации сапфира сыграли роль как магматические, так и метаморфические процессы, в которых температура изменила исходную породу», — говорят ученые.
Исследование опубликовано в журнале Contributions to Mineralogy and Petrology.