Опал — это гидратированная аморфная форма кремнезема (SiO2 · nH2O ) ; содержание воды в нем может варьироваться от 3% до 21% по весу, но обычно составляет от 6% до 10%. Из-за своих аморфных свойств он классифицируется как минералоид , в отличие от кристаллических форм кремнезема, которые считаются минералами . Он откладывается при относительно низкой температуре и может встречаться в трещинах практически любого вида горной породы , чаще всего встречаясь в лимоните , песчанике , риолите , мергеле и базальте .
Считается, что название «опал» произошло от санскритского слова upala ( उपल ), что означает «драгоценность», а позднее и от греческого производного opállios ( ὀπάλλιος ).
Существует два широких класса опала: драгоценный и обычный. Драгоценный опал демонстрирует игру цвета ( иризацию ); обычный опал этого не делает. [5] Игра цвета определяется как «псевдохроматический оптический эффект, приводящий к вспышкам цветного света от определенных минералов, когда они поворачиваются в белом свете». [6] Внутренняя структура драгоценного опала заставляет его дифрагировать свет, что приводит к игре цвета. В зависимости от условий, в которых он образовался, 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, в то время как белые, серые и зеленые опалы являются наиболее распространенными.
Благородный опал демонстрирует изменчивое взаимодействие внутренних цветов, и хотя он является минералоидом, у него есть внутренняя структура. В микроскопических масштабах благородный опал состоит из кремниевых сфер диаметром около 150–300 нм (5,9 × 10−6 –1,18 × 10−5 дюймов) в гексагональной или кубической плотноупакованной решетке . В середине 1960-х годов Дж. В. Сандерс показал [7] [8] , что эти упорядоченные кремниевые сферы создают внутренние цвета, вызывая интерференцию и дифракцию света, проходящего через микроструктуру опала. [9] Регулярность размеров и упаковки этих сфер является основным фактором, определяющим качество благородного опала. Когда расстояние между регулярно упакованными плоскостями сфер составляет около половины длины волны компонента видимого света , свет с этой длиной волны может подвергаться дифракции от решетки, созданной сложенными плоскостями. Наблюдаемые цвета определяются расстоянием между плоскостями и ориентацией плоскостей по отношению к падающему свету. Процесс можно описать законом дифракции Брэгга .
Видимый свет не может проходить через большую толщину опала. Это основа оптической запрещенной зоны в фотонном кристалле . [10] Кроме того, микротрещины могут быть заполнены вторичным кремнеземом и образовывать тонкие пластинки внутри опала во время его формирования. Термин опалесценция обычно используется для описания этого уникального и красивого явления, которое в геммологии называется игрой цвета . В геммологии опалесценция применяется к мутно-молочно- мутному блеску обычного или потч-опала, который не показывает игру цвета. [ необходимо разъяснение ] Опалесценция является формой адуляресценции .
Для использования в качестве драгоценного камня большинство опалов разрезают и полируют, чтобы сформировать кабошон . «Натуральный» опал относится к полированным камням, состоящим полностью из драгоценного опала. Опалы, слишком тонкие, чтобы произвести «натуральный» опал, могут быть объединены с другими материалами для формирования «композитных» драгоценных камней. Дублет опала состоит из относительно тонкого слоя драгоценного опала, подкрепленного слоем темного материала, чаще всего железной руды, темного или черного обыкновенного опала (potch), оникса или обсидиана. Более темная подложка подчеркивает игру цвета и приводит к более привлекательному отображению, чем более светлый potch. Триплет опала похож на дублет, но имеет третий слой, куполообразный колпачок из прозрачного кварца или пластика сверху. Колпачок подвергается высокой полировке и действует как защитный слой для опала. Верхний слой также действует как увеличительное стекло, чтобы подчеркнуть игру цвета опала под ним, который часто является образцом худшего качества или чрезвычайно тонким слоем драгоценного опала. Триплетные опалы, как правило, имеют более искусственный вид и не классифицируются как драгоценные камни, а скорее как «композитные» драгоценные камни. Ювелирные применения драгоценного опала могут быть несколько ограничены чувствительностью опала к теплу, в первую очередь из-за его относительно высокого содержания воды и предрасположенности к царапинам. [11] В сочетании с современными методами полировки дублетный опал может производить эффект, аналогичный натуральному черному или валунному опалу, за гораздо меньшую цену. Дублетный опал также имеет дополнительное преимущество в виде настоящего опала в качестве верхнего видимого и осязаемого слоя, в отличие от триплетных опалов.
Помимо разновидностей драгоценных камней , которые показывают игру цвета, другие виды обычного опала включают молочный опал, молочно-голубоватый или зеленоватый (который иногда может быть качеством драгоценного камня); смоляной опал, который является медово-желтым со смолистым блеском; древесный опал, который вызван заменой органического материала в древесине опалом; [12] менилит , который является коричневым или серым; гиалит , бесцветный стеклянно-прозрачный опал, иногда называемый стеклом Мюллера; гейзерит , также называемый кремнистым нагаром , отлагающийся вокруг горячих источников или гейзеров ; и диатомовая земля , скопления панцирей или раковин диатомовых водорослей. Обычный опал часто демонстрирует туманно-молочно-мутный блеск изнутри камня. В геммологии этот оптический эффект строго определяется как опалесценция, которая является формой адуляресценции.
«Опал гирасоль» — термин, который иногда ошибочно и ненадлежащим образом используют для обозначения огненных опалов, а также типа прозрачного или полупрозрачного молочного кварца с Мадагаскара, который при правильной огранке демонстрирует астеризм или звездный эффект. Однако настоящий опал гирасоль [14] — это тип гиалитового опала, который демонстрирует голубоватое свечение или блеск, который следует за источником света. Это не игра цвета, как у драгоценного опала, а скорее эффект микроскопических включений. Его также иногда называют водным опалом, когда он из Мексики. Два самых известных места добычи этого типа опала — Орегон и Мексика. [15]
Перуанский опал (также называемый голубым опалом) — полупрозрачный или непрозрачный сине-зеленый камень, найденный в Перу, который часто ограняют, чтобы включить матрицу в более непрозрачные камни. Он не показывает игру цвета. Голубой опал также добывают в Орегоне и Айдахо в регионе Овайхи , а также в Неваде вокруг долины Вирджин . [16]
Опал также образуется диатомовыми водорослями . Диатомовые водоросли — это форма водорослей, которые, умирая, часто образуют слои на дне озер, заливов или океанов. Их клеточные стенки состоят из гидратированного диоксида кремния, который придает им структурную окраску и, следовательно, вид крошечных опалов при рассмотрении под микроскопом. Эти клеточные стенки или «тесты» образуют «зерна» для диатомовой земли . Эта осадочная порода белая, непрозрачная и меловая по текстуре. [17] Диатомит имеет множество промышленных применений, таких как фильтрация или адсорбция, поскольку он имеет мелкий размер частиц и очень пористую природу, а также садоводство для увеличения поглощения воды.
Опал был редким и очень ценным в древности. В Европе это был драгоценный камень, который ценили королевские особы. [18] [19] До открытия обширных месторождений в Австралии в 19 веке единственным известным источником была Червеница за римской границей в Словакии . [20] Опал является национальным драгоценным камнем Австралии. [21]
Основными источниками опала являются Австралия и Эфиопия, но из-за непоследовательных и сильно различающихся подсчетов их соответствующих уровней добычи трудно точно сказать, какая доля мировых поставок опала поступает из каждой из этих стран. Было указано, что австралийский опал составляет 95–97% мировых поставок благородного опала, [23] [24] причем на штат Южная Австралия приходится 80% мировых поставок. [25] В 2012 году добыча эфиопских опалов была оценена Геологической службой США в 14 000 кг (31 000 фунтов). [26] Данные USGS за тот же период (2012) показывают, что добыча австралийских опалов составляет 41 миллион долларов. [27] Из-за единиц измерения невозможно напрямую сравнивать добычу австралийских и эфиопских опалов, но эти и другие данные предполагают, что традиционные проценты, указанные для добычи австралийских опалов, могут быть завышены. [28] Тем не менее, достоверность данных в отчете Геологической службы США, по-видимому, противоречит данным Лаурса и др. [ необходима ссылка ] и Месфина [ необходима ссылка ] , которые оценили добычу опала в Эфиопии в 2012 году (из Вегельтены ) всего в 750 кг (1650 фунтов).
Город Кубер-Педи в Южной Австралии является крупным источником опала. Самый большой и ценный в мире драгоценный опал " Olympic Australis " был найден в августе 1956 года на опаловом месторождении "Eight Mile" в Кубер-Педи. Он весит 17 000 карат (3,4 кг; 7,5 фунта) и имеет длину 11 дюймов (280 мм), а его высота составляет 4+3 ⁄ 4 дюйма (120 мм) и шириной 4+1 ⁄ 2 дюйма (110 мм). [29]
Месторождение опалов Минтаби в Южной Австралии, расположенное примерно в 250 км (160 миль) к северо-западу от Кубер-Педи, также производит большие объемы кристаллического опала и более редкого черного опала. На протяжении многих лет его неправильно продавали за рубежом как опал Кубер-Педи. Говорят, что черный опал является одним из лучших образцов, найденных в Австралии.
Андамука в Южной Австралии также является крупным производителем матричного опала, кристаллического опала и черного опала. Другой австралийский город, Лайтнинг-Ридж в Новом Южном Уэльсе , является основным источником черного опала, опала, содержащего преимущественно темный фон (от темно-серого до сине-черного, демонстрирующего игру цвета), собранного из формации Гриман-Крик . [30] Боулдер-опал состоит из конкреций и заполнений трещин в темной кремнистой железной матрице. Он спорадически встречается в западном Квинсленде, от Кинуны на севере до Йоваха и Короита на юге. [31] Его самые большие количества обнаружены вокруг Джунды и Куилпи в Юго-Западном Квинсленде . В Австралии также есть опализированные ископаемые останки, включая кости динозавров в Новом Южном Уэльсе [32] и Южной Австралии, [33] и морских существ в Южной Австралии. [34]
Сообщалось, что североафриканский опал использовался для изготовления инструментов еще в 4000 году до нашей эры. [ требуется цитата ] Первое опубликованное сообщение о драгоценном опале из Эфиопии появилось в 1994 году, с открытием драгоценного опала в районе Менц Гише, провинция Северная Шева. [35] Опал, найденный в основном в форме конкреций, имел вулканическое происхождение и был найден преимущественно в выветренных слоях риолита . [36] Этот опал из провинции Шева был в основном темно-коричневого цвета и имел тенденцию к растрескиванию. Эти качества сделали его непопулярным в торговле драгоценными камнями. В 2008 году новое месторождение опала было обнаружено примерно в 180 км к северу от провинции Шева, недалеко от города Вегельтена , в провинции Волло в Эфиопии . Опал из провинции Волло отличался от предыдущих находок эфиопских опалов тем, что он больше напоминал осадочные опалы Австралии и Бразилии, имея светлый фон и часто яркую игру цвета. [37] Опал из провинции Волло, чаще называемый опалом «Вело» или «Велло», стал доминирующим эфиопским опалом в торговле драгоценными камнями. [38]
Опаловые поля Virgin Valley [39] округа Гумбольдт на севере Невады производят широкий спектр драгоценных черных, хрустальных, белых, огненных и лимонных опалов. Черный огненный опал является официальным драгоценным камнем Невады. Большая часть драгоценного опала представляет собой частичную замену древесины. Драгоценный опал находится и находится in situ в подповерхностном горизонте или зоне бентонита , который считается «жильным» месторождением. Опалы, выветрившиеся из месторождений in situ , являются аллювиальными и считаются россыпными месторождениями . Были найдены опализованные зубы, кости, рыбы и голова змеи миоценового возраста. Некоторые из опала имеют высокое содержание воды и могут высыхать и трескаться при высыхании. Крупнейшими добывающими шахтами Virgin Valley были знаменитые шахты Rainbow Ridge, [40] Royal Peacock, [41] Bonanza, [42] Opal Queen, [43] и WRT Stonetree/Black Beauty [44] . Самый большой неполированный черный опал в Смитсоновском институте, известный как «опал Рёблинга», [45] был добыт в туннельной части шахты Рейнбоу-Ридж в 1917 году и весит 2585 карат (517,0 г; 18,24 унции). Самый большой полированный черный опал в Смитсоновском институте был добыт в шахте опала Ройял-Павлин в долине реки Вирджин, он весит 160 карат (32 г; 1,1 унции), известен как «Черный павлин». [46]
Огненный опал — прозрачный или полупрозрачный опал с теплыми цветами тела от желтого до оранжевого и красного. Хотя огненные опалы обычно не показывают никакой игры цвета, они иногда демонстрируют яркие зеленые вспышки. Самым известным источником огненных опалов является штат Керетаро в Мексике; эти опалы обычно называют мексиканскими огненными опалами. [47] Огненные опалы, которые не показывают игру цвета, иногда называют желейными опалами. Мексиканские опалы иногда гранят в их риолитовом материале-хозяине, если он достаточно твердый, чтобы позволить резку и полировку. Этот тип мексиканского опала называют опалом Кантера. Другой тип опала из Мексики, называемый мексиканским водным опалом, представляет собой бесцветный опал, который демонстрирует либо голубоватый, либо золотистый внутренний блеск. [14]
Опал встречается в значительном количестве и разнообразии в центральной Мексике, где добыча и производство впервые зародились в штате Керетаро . В этом регионе месторождения опала расположены в основном в горных хребтах трех муниципалитетов: Колон , Текискиапан и Эсекьель-Монтес . В период с 1960-х по середину 1970-х годов рудники Керетаро интенсивно разрабатывались. Сегодняшние добытчики опала сообщают, что тогда было намного легче найти качественные опалы с большим количеством огня и игрой цвета, тогда как сегодня опалы ювелирного качества очень трудно найти, и они стоят сотни долларов США и более. Оранжево-красный фоновый цвет характерен для всех «огненных опалов», включая «мексиканский огненный опал».
Самая старая шахта в Керетаро — Санта-Мария-дель-Ирис. Эта шахта была открыта около 1870 года и с тех пор возобновлялась не менее 28 раз. В настоящее время в регионах вокруг Керетаро насчитывается около 100 шахт, но большинство из них сейчас закрыты. Опалы лучшего качества добывались на шахте Санта-Мария-дель-Ирис, за ней следуют Ла-Асиенда-ла-Эсперанса, Фуэнтесуэлас, 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 шахту по добыче опала в Халиско: Ла-Уника, расположенную на внешней территории вулкана Текила, недалеко от фермы Уицицилапан в Магдалене . К 1960 году только в этом регионе было известно около 500 шахт по добыче опала. Другие регионы страны, которые также производят опалы (более низкого качества), — это Герреро , где производят непрозрачный опал, похожий на опалы из Австралии (некоторые из этих опалов тщательно обрабатываются при нагревании для улучшения их цвета, поэтому высококачественные опалы из этой области могут вызывать подозрения). Также есть несколько небольших шахт по добыче опала в Морелосе , Дуранго , Чиуауа , Нижней Калифорнии , Гуанахуато , Пуэбле , Мичоакане и Эстадо-де-Мехико .
Другим источником белого базового опала или кремового опала в Соединенных Штатах является Спенсер, штат Айдахо . [48] Высокий процент опала, найденного там, находится в тонких слоях.
Другие значительные месторождения благородного опала по всему миру можно найти в Чехии, Канаде, Словакии, Венгрии, Турции, Индонезии, Бразилии (в Педро II, Пиауи [49] ), Гондурасе (точнее в Эрандике ), Гватемале и Никарагуа.
В конце 2008 года НАСА объявило об открытии месторождений опала на Марсе . [50]
Древесный опал , также известный как ксилопал , [51] [52] является формой опала, [53] а также типом окаменелого дерева , которое приобрело опаловый блеск или, реже, где древесина была полностью заменена опалом. Другие названия для этого опалового блескообразного дерева - опаловое дерево и опализированное окаменелое дерево . Его часто используют как драгоценный камень . [54]
Опалы всех разновидностей были синтезированы экспериментально и в коммерческих целях. Открытие упорядоченной сферической структуры благородного опала привело к его синтезу Пьером Жильсоном в 1974 году. [9] Полученный материал отличается от природного опала своей регулярностью; при увеличении видно, что пятна цвета расположены в узоре «кожа ящерицы» или «проволочная сетка». Кроме того, синтетические опалы не флуоресцируют в ультрафиолетовом свете. Синтетика также обычно имеет меньшую плотность и часто очень пористая.
Опалы, созданные в лаборатории, часто называют «лабораторно-созданными опалами», которые, хотя и классифицируются как искусственные и синтетические, сильно отличаются от своих аналогов на основе смолы, которые также считаются искусственными и синтетическими. Термин «синтетический» подразумевает, что камень был создан так, чтобы быть химически и структурно неотличимым от настоящего, а настоящий опал не содержит смол или полимеров. Лучшие современные лабораторно-созданным опалы не демонстрируют ящерообразную кожу или столбчатый рисунок более ранних лабораторно-созданных разновидностей, и их рисунки ненаправлены. Однако их все еще можно отличить от настоящих опалов по отсутствию включений и отсутствию какой-либо окружающей не опаловой матрицы . Хотя многие настоящие опалы гранятся и полируются без матрицы, наличие неровностей в их игре цвета продолжает отличать их даже от лучших лабораторно-созданных синтетических камней.
Другие исследования макропористых структур дали высокоупорядоченные материалы, которые имеют схожие оптические свойства с опалами и используются в косметике. [55] Синтетические опалы также глубоко изучаются в фотонике для целей обнаружения и управления светом. [56] [57]
Решетка сфер опала, которые вызывают интерференцию света, в несколько сотен раз больше, чем фундаментальная структура кристаллического кремнезема. Как минералоид , ни одна элементарная ячейка не описывает структуру опала. Тем не менее, опалы можно грубо разделить на те, которые не показывают признаков кристаллического порядка ( аморфный опал), и те, которые показывают признаки начала кристаллического порядка, обычно называемые криптокристаллическим или микрокристаллическим опалом. [58] Эксперименты по дегидратации и инфракрасная спектроскопия показали, что большая часть H 2 O в формуле SiO 2 · n H 2 O опалов присутствует в знакомой форме кластеров молекулярной воды. Изолированные молекулы воды и силанолы , структуры, такие как SiOH, обычно составляют меньшую долю от общего количества и могут находиться вблизи поверхности или в дефектах внутри опала.
Структура полиморфов низкого давления безводного кремнезема состоит из каркасов полностью связанных по углам тетраэдров SiO 4 . Высокотемпературные полиморфы кремнезема кристобалита и тридимита часто первыми кристаллизуются из аморфного безводного кремнезема, а локальные структуры микрокристаллических опалов также кажутся 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. Поэтому возможно наличие промежуточных структур, в которых слои не уложены регулярно.
Микрокристаллический опал или Opal-CT интерпретировался как состоящий из кластеров сложенных кристобалита и тридимита на очень коротких масштабах длины. Сферы опала в микрокристаллическом опале сами состоят из крошечных нанокристаллических лезвий кристобалита и тридимита. Микрокристаллический опал иногда далее подразделялся в литературе. Содержание воды может достигать 10% по весу [59] Opal-CT, также называемый люссатином или люссатитом , интерпретируется как состоящий из локализованного порядка α-кристобалита с большим количеством беспорядка в укладке. Типичное содержание воды составляет около 1,5% по весу.
Были предложены две широкие категории некристаллических опалов, иногда просто называемых «опал-A» («A» означает «аморфный»), [60] . Первая из них — опал-AG, состоящий из агрегированных сфер кремнезема, пространство между которыми заполнено водой. Благородный опал и потч-опал, как правило, являются его разновидностями, разница заключается в регулярности размеров сфер и их упаковке. Вторая «опал-A» — опал-AN или содержащее воду аморфное кремниевое стекло. Другое его название — гиалит .
Сообщается, что некристаллический кремнезем в кремнистых отложениях постепенно трансформируется в опал-CT, а затем в опал-C в результате диагенеза из-за увеличения давления на осадочные породы, поскольку часть беспорядка в укладке устраняется. [61]
Поверхность опала, контактирующая с водой, покрыта силоксановыми связями (≡Si–O–Si≡) и силанольными группами (≡Si–OH). Это делает поверхность опала очень гидрофильной и способной образовывать многочисленные водородные связи .
Слово «опал» произошло от латинского термина opalus . Происхождение этого слова, в свою очередь, является предметом споров, но большинство современных источников предполагают, что оно произошло от санскритского слова úpala, означающего «драгоценный камень». [62]
Поскольку ссылки на драгоценный камень встречаются у Плиния Старшего , одна из теорий приписывает происхождение названия римской мифологии: оно было заимствовано от имени Опс , жены Сатурна и богини плодородия. (Часть Сатурналий, посвященная Опс, называлась «Опалия», что похоже на opalus .)
Другое распространенное утверждение состояло в том, что термин был адаптирован из древнегреческого слова opallios . Это слово имеет два значения: одно связано со словом «видеть» и лежит в основе таких английских слов, как «непрозрачный»; другое — «другой», как в «псевдоним» и «альтернировать». Утверждается, что opalus объединил эти значения, означая «видеть изменение цвета». Однако историки отметили, что первое появление opallios произошло только после того, как римляне захватили греческие государства в 180 г. до н. э., и ранее они использовали термин paederos . [62]
Однако аргумент в пользу санскритского происхождения силен. Термин впервые появляется в римских источниках около 250 г. до н. э., в то время, когда опал ценился выше всех других драгоценных камней. Опалы поставлялись торговцами с Босфора , которые утверждали, что драгоценные камни поставляются из Индии. До этого камень называли разными именами, но они вышли из употребления после 250 г. до н. э.
В средние века опал считался камнем, который может принести большую удачу, поскольку считалось, что он обладает всеми достоинствами каждого драгоценного камня, цвет которого представлен в цветовом спектре опала. [63] Также говорили, что он дарует невидимость, если его завернуть в свежий лавровый лист и держать в руке. [63] [64] В результате опал считался камнем-покровителем воров в средневековый период . [65] После публикации романа сэра Вальтера Скотта « Анна Гейерштейн» в 1829 году опал приобрел менее благоприятную репутацию. В романе Скотта баронесса Арнгейм носит опаловый талисман со сверхъестественными силами. Когда капля святой воды падает на талисман, опал превращается в бесцветный камень, и баронесса вскоре умирает. Из-за популярности романа Скотта люди стали ассоциировать опалы с неудачей и смертью. [63] В течение года после публикации романа Скотта в апреле 1829 года продажа опалов в Европе упала на 50% и оставалась низкой в течение следующих 20 лет или около того. [66]
Еще в начале XX века считалось, что если русский человек увидит опал среди других товаров, предлагаемых на продажу, то он или она не должен покупать ничего больше, так как считалось, что опал олицетворяет дурной глаз . [63]
Опал считается камнем людей, родившихся в октябре. [67]
