Гранаты ( / ˈ ɡ ɑːr n ɪ t / ) представляют собой группу силикатных минералов , которые использовались с бронзового века в качестве драгоценных камней и абразивов .
Все виды гранатов обладают схожими физическими свойствами и кристаллическими формами, но различаются химическим составом . Различные виды — пироп , альмандин , спессартин , гроссуляр (разновидностями которого являются гессонит или коричный камень и цаворит ), уваровит и андрадит . Гранаты образуют две серии твердых растворов : пироп-альмандин-спессартин (пиральспит) диапазона составов [Mg,Fe,Mn] 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 ; и уваровит-гроссуляр-андрадит (уграндит) диапазона составов Ca 3 [Cr,Al,Fe] 2 (SiO 4 ) 3 .
Слово гранат происходит от среднеанглийского слова gernet XIV века , означающего «темно-красный». Оно заимствовано от старофранцузского grenate , от латинского granatus, от granum («зерно, семя»). [3] Возможно, это отсылка к mela granatum или даже pomum granatum (« гранат », [4] Punica granatum ), растению, плоды которого содержат обильные и ярко-красные семенные оболочки ( арилы ), похожие по форме, размеру, и цвет некоторых кристаллов граната. [5] Гессонитовый гранат также называется «гомед» в индийской литературе и является одним из 9 драгоценных камней в ведической астрологии, составляющих Наваратну . [6]
Виды граната встречаются всех цветов, наиболее распространены красноватые оттенки. Синие гранаты являются самыми редкими, о них впервые сообщили в 1990-х годах. [7] [8] [9] [10]
Свойства светопропускания видов граната могут варьироваться от прозрачных образцов ювелирного качества до непрозрачных разновидностей, используемых в промышленных целях в качестве абразивов. Блеск минерала подразделяется на стеклянный (стеклянный) или смолистый (янтарный). [3]
Гранаты представляют собой несиликаты общей формулы X 3 Y 2 ( Si O
4) 3 . Место X обычно занято двухвалентными катионами ( Ca , Mg , Fe , Mn ) 2+ , а место Y — трехвалентными катионами ( Al 3+ , Fe 3+ , Cr 3+ ) в октаэдрическом / тетраэдрическом каркасе с [SiO 4 ] 4−, занимающие тетраэдры. [11] Гранаты чаще всего встречаются в форме додекаэдра , но также часто встречаются в форме трапецоэдра , а также гексоктаэдра . [3] Они кристаллизуются в кубической системе, имеющей три оси одинаковой длины и перпендикулярные друг другу, но на самом деле никогда не являются кубическими, поскольку, несмотря на изометричность, семейства плоскостей {100} и {111} обеднены. [3] Гранаты не имеют плоскостей спайности , поэтому при их разрушении под напряжением образуются острые, неправильные ( раковинные ) кусочки. [12]
Поскольку химический состав граната различается, атомные связи в некоторых его видах прочнее, чем в других. В результате эта группа минералов имеет диапазон твердости по шкале Мооса от 6,0 до 7,5. [13] Более твердые породы, такие как альмандин , часто используются в абразивных целях. [14]
В целях идентификации драгоценных камней реакция на сильный неодимовый магнит отделяет гранат от всех других натуральных прозрачных драгоценных камней, обычно используемых в ювелирной торговле. Измерения магнитной восприимчивости в сочетании с показателем преломления могут использоваться для различения видов и разновидностей гранатов, а также для определения состава гранатов с точки зрения процентного содержания конечных видов в отдельном драгоценном камне. [15]
Альмандин, иногда ошибочно называемый альмандитом, представляет собой современный драгоценный камень, известный как карбункул (хотя изначально под этим названием был известен почти любой красный драгоценный камень). [16] Термин «карбункул» происходит от латинского слова, означающего «живой уголь» или горящий уголь. Название «Альмандин» является искаженным названием Алабанда , региона в Малой Азии , где в древние времена ограняли эти камни. По химическому составу альмандин представляет собой железо-алюминиевый гранат с формулой Fe 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 ; темно-красные прозрачные камни часто называют драгоценными гранатами и используются в качестве драгоценных камней (самые распространенные из драгоценных гранатов). [17] Альмандин встречается в метаморфических породах , таких как слюдяные сланцы , связанных с такими минералами, как ставролит , кианит , андалузит и другие. [18] Альмандин имеет прозвища «Восточный гранат», [19] «альмандиновый рубин» и «карбункул». [16]
Пироп (от греческого « pyōpós », что означает «огнеподобный») [3] имеет красный цвет и химически представляет собой силикат алюминия с формулой Mg 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 , хотя магний может быть частично заменен кальцием и двухвалентным железом. Цвет пиропа варьируется от темно-красного до черного. Драгоценные камни пироп и спессартин были обнаружены в алмазоносных кимберлитах Слоан в Колорадо , в Конгломерате Бишоп и в лампрофире третичного возраста в Сидар-Маунтин в Вайоминге . [20]
Разновидность пиропа из округа Мейкон , Северная Каролина , имеет фиолетово-красный оттенок и называется родолитом , что по-гречески означает «роза». По химическому составу его можно рассматривать как по существу изоморфную смесь пиропа и альмандина в соотношении двух частей пиропа на одну часть альмандина. [21] Пироп имеет торговые названия, некоторые из которых являются неправильными ; Рубин Кейптауна , рубин Аризоны , рубин Калифорнии , рубин Скалистых гор и богемский рубин из Чехии . [16]
Пироп – минерал-индикатор горных пород высокого давления. Породы мантийного происхождения ( перидотиты и эклогиты ) обычно содержат разновидность пиропа. [22]
Спессартин или спессартин — марганцево-алюминиевый гранат Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 . Его название происходит от Шпессара в Баварии . [3] Чаще всего он встречается в скарнах , [3] гранитных пегматитах и родственных им породах, [23] и в некоторых низкосортных метаморфических филлитах . Спессартин оранжево -желтого цвета встречается на Мадагаскаре. [24] Фиолетово-красные спесартины обнаружены в риолитах Колорадо [ 21] и штата Мэн . [ нужна цитата ]
Голубые пироп-спессартиновые гранаты были обнаружены в конце 1990-х годов в Бекили, Мадагаскар . Этот тип также был обнаружен в некоторых частях США , России , Кении , Танзании и Турции . Он меняет цвет от сине-зеленого до фиолетового в зависимости от цветовой температуры зрительного света из-за относительно большого количества ванадия (около 1 мас.% V 2 O 3 ). [9]
Существуют и другие разновидности гранатов, меняющих цвет. При дневном свете их цвет варьируется от оттенков зеленого, бежевого, коричневого, серого и синего, но при свете ламп накаливания они кажутся красноватыми или пурпурно-розовыми. [25]
Это самый редкий вид граната. Из-за способности менять цвет этот вид граната напоминает александрит . [26]
Андрадит — кальциево-железный гранат Ca 3 Fe 2 (SiO 4 ) 3 , имеет переменный состав и может быть красного, желтого, коричневого, зеленого или черного цвета. [3] Признанными разновидностями являются демантоид (зеленый), меланит (черный), [3] и топазолит (желтый или зеленый). Андрадит встречается в скарнах [3] и в глубинных магматических породах , таких как сиенит [27] , а также в серпентинах [28] и зеленых сланцах . [29] Демантоид — один из самых ценных сортов граната. [30]
Гроссуляр представляет собой кальциево-алюминиевый гранат с формулой Ca 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 , хотя кальций может частично заменяться двухвалентным железом, а алюминий - трехвалентным железом. Название гроссуляр происходит от ботанического названия крыжовника , гроссулярия , по отношению к зеленому гранату этого состава, который встречается в Сибири . Другие оттенки включают коричнево-коричневый (разновидность камня корицы), красный и желтый. [3] Из-за его меньшей твердости по сравнению с цирконом , на который похожи желтые кристаллы, их также называют гессонитом , что в переводе с греческого означает «низший». [31] Гроссуляр встречается в скарнах, [3] контактных метаморфизованных известняках с везувианитом , диопсидом , волластонитом и вернеритом .
Гроссуляр из Кении и Танзании называют цаворитом. Цаворит был впервые описан в 1960-х годах в районе Цаво в Кении, откуда этот драгоценный камень получил свое название. [32] [33]
Уваровит представляет собой кальций-хромовый гранат с формулой Ca 3 Cr 2 (SiO 4 ) 3 . Это довольно редкий гранат ярко-зеленого цвета, обычно встречающийся в виде мелких кристаллов, связанных с хромитом в перидотитах , серпентинитах и кимберлитах. Он встречается в кристаллических мраморах и сланцах Уральских гор России и Оутокумпу в Финляндии . Уваровит назван в честь графа Уваро , российского имперского государственного деятеля. [3]
Кноррингит представляет собой разновидность магниево-хромового граната с формулой Mg 3 Cr 2 (SiO 4 ) 3 . Чистый концевой кноррингит никогда не встречается в природе. Богатый кноррингитовым компонентом пироп образуется только под высоким давлением и часто встречается в кимберлитах . Его используют как минерал-индикатор при поиске алмазов . [34]
Также известен как редкоземельные гранаты.
Кристаллографическая структура гранатов по сравнению с прототипом расширена за счет химических веществ общей формулы A 3 B 2 ( CO 4 ) 3 . Помимо кремния, на позиции C находится большое количество элементов , в том числе германий , галлий , алюминий , ванадий и железо . [35]
Иттрий-алюминиевый гранат (YAG), Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 , используется для изготовления синтетических драгоценных камней. Из-за довольно высокого показателя преломления YAG использовался в качестве имитатора алмаза в 1970-х годах, пока не были разработаны методы производства более совершенного имитатора кубического циркония в коммерческих количествах. При легировании неодимом (Nd 3+ ) эрбий или гадолиний YAG может использоваться в качестве лазерной среды в Nd:YAG-лазерах , [36] Er:YAG-лазерах и Gd:YAG-лазерах соответственно. Эти легированные YAG-лазеры используются в медицинских процедурах, включая лазерную шлифовку кожи , стоматологию и офтальмологию. [37] [38] [39]
Интересные магнитные свойства возникают при использовании соответствующих элементов. В иттрий-железном гранате (ЖИГ) Y 3 Fe 2 (FeO 4 ) 3 пять ионов железа(III) занимают две октаэдрические и три тетраэдрические позиции, при этом ионы иттрия(III) координируются восемью ионами кислорода в неправильном кубе. Ионы железа в двух координационных центрах имеют разные спины , что приводит к магнитному поведению. YIG представляет собой ферримагнитный материал , имеющий температуру Кюри 550 К. Железо-иттриевый гранат можно превратить в сферы YIG , которые служат магнитно-перестраиваемыми фильтрами и резонаторами для микроволновых частот. [40]
Алюмолютеций-гранат (LuAG), Al 5 Lu 3 O 12 , представляет собой неорганическое соединение с уникальной кристаллической структурой, известное прежде всего благодаря его использованию в высокоэффективных лазерных устройствах. ЛуАГ также полезен при синтезе прозрачной керамики . [41] LuAG особенно предпочтителен по сравнению с другими кристаллами из-за его высокой плотности и теплопроводности; он имеет относительно небольшую постоянную решетки по сравнению с другими редкоземельными гранатами, что приводит к более высокой плотности, создавая кристаллическое поле с более узкой шириной линии и большим расщеплением энергетических уровней при поглощении и излучении. [42]
Тербий-галлиевый гранат (TGG) , Tb 3 Ga 5 O 12 , представляет собой материал вращателя Фарадея с превосходными свойствами прозрачности и очень устойчив к лазерному повреждению. ТГГ может использоваться в оптических изоляторах для лазерных систем, в оптических циркуляторах для волоконно-оптических систем, в оптических модуляторах , а также в датчиках тока и магнитного поля . [43]
Другим примером является гадолиний-галлиевый гранат (GGG) , Gd 3 Ga 2 (GaO 4 ) 3 , который синтезируется для использования в качестве подложки для жидкофазной эпитаксии пленок магнитного граната для пузырьковой памяти и магнитооптических приложений. [ нужна цитата ]
Минерал гранат обычно встречается в метаморфических и, в меньшей степени, магматических породах. Большинство природных гранатов зональны по составу и содержат включения. [44] Его структура кристаллической решетки стабильна при высоких давлениях и температурах и, таким образом, встречается в метаморфических породах зелено-сланцевой фации, включая гнейсы , роговообманковые сланцы и слюдяные сланцы. [45] Устойчивым в условиях давления и температуры мантии Земли составом является пироп, который часто встречается в перидотитах и кимберлитах , а также образующихся из них серпентинов . [45] Гранаты уникальны тем, что они могут регистрировать давление и температуру пика метаморфизма и используются в качестве геобарометров и геотермометров при изучении геотермобарометрии , которая определяет «Пути PT», пути давления и температуры. Гранаты используются в качестве минерала-индекса при выделении изоград в метаморфических породах. [45] Зональность состава и включения могут отмечать переход от роста кристаллов при низких температурах к более высоким температурам. [46] Гранаты, которые не зонированы по составу, скорее всего, подвергались воздействию сверхвысоких температур (выше 700 °C), что приводило к диффузии основных элементов внутри кристаллической решетки, эффективно гомогенизируя кристалл [46] , или они никогда не были зональными. Гранаты также могут образовывать метаморфические текстуры, которые могут помочь интерпретировать структурную историю. [46]
Гранаты не только используются для определения условий метаморфизма, но и для датировки определенных геологических событий. Гранат был разработан как U-Pb геохронометр для определения возраста кристаллизации [47] , а также как термохронометр в системе (U-Th)/He [48] для определения времени охлаждения ниже температуры закрытия .
Гранаты могут быть химически изменены и чаще всего превращаются в серпентин, тальк и хлорит . [45]
Красные гранаты были наиболее часто используемыми драгоценными камнями в позднеантичном римском мире и в искусстве периода миграции « варварских » народов, захвативших территорию Западной Римской империи . Они особенно использовались для инкрустации золотыми ячейками в технике перегородчатой перегородки, стиля, который часто называют просто гранатовым перегородчатым, найденным от англосаксонской Англии, как в Саттон-Ху , до Черного моря . Тысячи партий тамрапарнийского золота, серебра и красных гранатов были отправлены в Старый Свет , в том числе в Рим, Грецию, на Ближний Восток, в Серику и к англосаксам; недавние находки, такие как Стаффордширский клад и кулон скелета женщины Уинфартинг из Норфолка , подтверждают установленный торговый путь драгоценных камней с Южной Индией и Тамрапарни (древняя Шри-Ланка ), известный с древности своим производством драгоценных камней. [49] [50] [51]
Чистые кристаллы граната до сих пор используются в качестве драгоценных камней. Разновидности драгоценных камней встречаются в оттенках зеленого, красного, желтого и оранжевого цветов. [52] В США он известен как камень января. [2] Семейство гранатов является одним из самых сложных в мире драгоценных камней. Это не один вид, а состоит из множества видов и разновидностей. [53] Это минерал штата Коннектикут , [54] драгоценный камень Нью-Йорка , [55] и звездчатый гранат (гранат с рутиловыми астеризмами) является драгоценным камнем штата Айдахо . [56]
Гранатовый песок является хорошим абразивом и обычной заменой кварцевого песка при пескоструйной очистке. Для такой взрывной обработки больше подходят более округлые аллювиальные зерна граната. Смешанный с водой под очень высоким давлением, гранат используется для резки стали и других материалов струями воды . Для гидроабразивной резки подходит гранат, добытый из твердых пород, поскольку он более угловатый по форме, следовательно, более эффективен при резке. [57]
Краснодеревщики предпочитают гранатовую бумагу для отделки голой древесины. [58]
Гранатовый песок также используется для фильтрации воды .
Как абразив гранат можно разделить на две категории; степень струйной очистки и степень водоструйной очистки. Гранат по мере добычи и сбора измельчается до более мелких зерен; все детали размером более 60 меш (250 микрометров) обычно используются для пескоструйной обработки. Детали размером от 60 меш (250 микрометров) до 200 меш (74 микрометра) обычно используются для гидроабразивной резки. Остальные кусочки граната размером менее 200 меш (74 микрометра) используются для полировки и притирки стекла. Независимо от применения, зерна большего размера используются для более быстрой работы, а зерна меньшего размера — для более качественной отделки. [ нужна цитата ]
Существуют различные виды абразивных гранатов, которые можно разделить в зависимости от их происхождения. Крупнейшим источником абразивного граната сегодня является богатый гранатом пляжный песок, которого довольно много на побережьях Индии и Австралии , а основными производителями сегодня являются Австралия и Индия. [59]
Этот материал особенно популярен благодаря постоянным поставкам, огромным количествам и чистоте материала. Распространенными проблемами этого материала являются присутствие ильменита и хлоридных соединений. Поскольку в течение прошлых столетий материал подвергался естественному измельчению и измельчению на пляжах, он обычно доступен только в небольших размерах. Большая часть граната на пляже Тутикорин на юге Индии имеет размер 80 меш и варьируется от 56 до 100 меш. [ нужна цитата ]
Речной гранат особенно распространен в Австралии. Речной песчаник-гранат встречается в виде россыпи . [60]
Каменный гранат , возможно, является тем типом граната, который использовался в течение самого длительного периода времени. Этот вид граната производят в Америке, Китае и западной Индии. Эти кристаллы измельчаются в мельницах, а затем очищаются продувкой ветром, магнитной сепарацией, просеиванием и, при необходимости, промывкой. Будучи только что измельченным, этот гранат имеет самые острые края и поэтому работает намного лучше, чем другие виды граната. И река, и пляжный гранат страдают от воздействия сотен тысяч лет опрокидывания, которое скругляет края. Гранат Гор-Маунтин из округа Уоррен, штат Нью-Йорк , США, является важным источником каменного граната, используемого в качестве промышленного абразива. [3]
Гранат – камень января. [61] [62] Это также камень Водолея и Козерога в тропической астрологии . [63] [64] В Персии этот драгоценный камень считался талисманом таких сил природы, как буря и молния. Было широко распространено мнение, что гранат может сигнализировать о приближающейся опасности, бледнея. [ нужна цитата ]
Гранат является официальным драгоценным камнем штата Нью-Йорк , [65] В Коннектикуте драгоценным камнем штата является альмандиновый гранат, [66] В Айдахо драгоценным камнем штата является звездчатый гранат, [67] а в Вермонте драгоценным камнем штата является гроссулярный гранат. [68]
С 2003 года штат Нью-Йорк занимает первое место по промышленному производству гранатов в США. Поскольку на долю всего промышленного производства граната в США приходится всего несколько компаний, опубликованная подробная статистика производства по штату Нью-Йорк недоступна. Однако, вообще говоря, Barton Mines в округе Уоррен является крупнейшим производителем граната в США. [69]
В Музее штата Нью-Йорк в Олбани, штат Нью-Йорк, хранятся образцы из важных мест по всему штату, в том числе 93 вида минералов из горнодобывающего района Балмат-Эдвардс в Сент-Лоуренсе, супергранаты из рудника Бартон в горах Адирондак и алмазы Херкимер из Херкимера. Округ, Нью-Йорк [70]
Крупнейший гранатовый рудник в мире расположен недалеко от Норт-Крик, штат Нью-Йорк, и управляется корпорацией Barton Mines, которая поставляет около 90% мирового производства граната. [71] Barton Mines Corporation является первым и старейшим промышленным предприятием по добыче граната в мире и вторым старейшим предприятием по непрерывной добыче граната в Соединенных Штатах под одним и тем же руководством и добычей одного и того же продукта на протяжении всей своей истории. Шахта Гор-Маунтин компании Barton Mines Corporation была впервые добыта под руководством Х. Х. Бартона-старшего в 1878 году для производства граната в качестве основного продукта. [71]
На открытой шахте Бартон Гранат, расположенной на горе Гор в высокогорье Адирондак, добываются крупнейшие в мире монокристаллы граната; диаметр колеблется от 5 до 35 см и обычно составляет в среднем 10–18 см. [72]
Гранаты Горной горы уникальны во многих отношениях, и были предприняты значительные усилия, чтобы определить время роста граната. Первое датирование было датировано Басу и др. (1989), которые использовали плагиоклаз-роговую обманку-гранат для получения изохроны Sm/Nd, давшей возраст 1059 ± 19 млн лет назад. Мезгер и др. (1992) провели собственное исследование Sm/Nd с использованием роговой обманки и просверленного ядра граната диаметром 50 см и установили изохронный возраст 1051 ± 4 млн лет назад. Коннелли (2006) использовал семь различных фракций граната Гор-Маунтин, чтобы получить изохронный возраст Lu-Hf 1046,6 ± 6 млн лет назад. Таким образом, можно с уверенностью сделать вывод, что гранаты образовались при 1049 ± 5 млн лет назад, что является средним из трех определений. Это также локальный возраст пика метаморфизма в оттаванской фазе гренвилльской складчатости (1090–1040 млн лет назад) и служит критической точкой данных для установления эволюции месторождений мегакристовых гранатов. [72]
