Оптические свойства драгоценных и полудрагоценных природных камней

В данной статье хочу подробней поговорить  об оптических свойствах драгоценных и полудрагоценных камней. Без света мы не смогли бы оценить  яркую зелень изумрудов, на­сыщенный красный цвет рубинов, благородную синюю окраску  сапфиров, солнечный желтый гелиодор или  нежный, розовато-­оранжевый, как восходящее солнце,
сапфир — падпарадша . Именно энергия света вызывает к жизни цвета драгоценных камней.

 

Цвет представляет собой наиболее очевидное оптическое свой­ство, но то, как именно свет взаимодействует с поверхностью кам­ня, зависит от других его оптических свойств, и все это вместе де­лает каждый драгоценный камень уникальным. То, как драгоценный камень отражает и пропускает свет, не только помогает геммологу идентифицировать его, но и определяет его качество и красоту.

 

Даже если камень кажется металлическим, стеклянным или туск­лым, свет, отраженный от его поверхности, придает ему блеск. Ха­рактер блеска и его яркость зависят от качества поверхности, от степени ее полировки и показателя преломления. Чем больше света отражается как с поверхности камня, так и изнутри, причем не только с верхней, но и с нижней его части, тем ярче камень сверкает.

 

От количества света, способного пройти через камень, зависит, будет ли он прозрачным, полупрозрачным (про­свечивающим: света достаточно, чтобы через камень можно было увидеть какое-либо изображение, но недостаточно, чтобы прочитать написанное от руки) или непрозрачным.

 

 

Дисперсия света.

 

 

Спектральные цвета солнечного (белого) света — это те же самые цвета, что образуют радугу. Каждый цвет соответствует волне опре­деленной длины и с определенным запасом энергии, и радуга воз­никает тогда, когда свет падает на дождевые капли и каждая волна преломляется в разной степени (способность света преломляться характеризуется показателем преломления). Это явление называет­ся дисперсией света. Такие драгоценные камни, как алмазы, обла­дающие высокой дисперсией, сверкают разными цветами радуги, когда камень или источник света меняет свое положение.

 

Цвета радуги — это цвета видимого спектра солнечного (бело­го) света. Другие компоненты видимого спектра — рентгеновские, ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, — взаимодействуя с по­верхностью кристалла, изменяют его цвет или вызывают такие оптические эффекты, как флюоресценция или фосфоресценция.

 

 

Показатель преломления, двойное лучепреломление и рефрактометр.

 

 

Свет, падая на поверхность драгоценного камня и сталкиваясь с более плотной средой, отклоняется от своего первоначального пути в воздухе. Некристаллические материалы и материалы, име­ющие кубическую кристаллическую решетку, отражают свет оди­наково во всех направлениях и называются однопреломляющими.

 

 Драгоценные камни, относящиеся к другим сингониям, называют­ся двоякопреломляющими. Попадая на такой камень, луч света разделяется на два луча, каждый из которых отражается в разной степени. Если эта разница велика, как, например, у кальцита, двой­ное лучепреломление (двупреломление) можно наблюдать через камень как двойное изображение.

 

У сфалерита удвоенное изобра­жение нижней части ограненного камня (граней павильона) можно увидеть, если смотреть на нее через верхнюю часть кристалла (гра­ни короны).

Связь между углом падения луча и углом отражения выражает­ся математической формулой, по которой может быть рассчитан показатель преломления драгоценного камня.

 

 Показатели пре­ломления большинства драгоцен­ных камней можно точно измерить с помощью рефрактометра или угломера Брюстера; они использу­ются при идентификации камней. Однопреломляющие камни имеют один показатель преломления, а двоякопреломляющие — несколь­ко показателей. Разница между мак­симальным и минимальным значе­ниями характеризует степень двой­ного лучепреломления.

 

 

Эффекты отражения.

 

 

Интерференция — радужность и игра цвета.

 

Эффект радуги (многоцветность), который наблюдается в трещи­нах по плоскостям спайности, и радужность лабрадора и гематита являются следствием интерференции света, отражающегося от тонких слоев (пленок) внутри камня. У лунного камня этот эффект известен как опалесценция (или шиллеризация), а радужные цвета на поверхности жемчуга называются жемчужным блеском.

 

Когда свет отражается, происходит интерференция волн разной длины. При интерференции волн одинаковой длины цвет, соответствую­щий этой длине волны, усиливается, в других случаях волны «от­меняют» одна другую, и цвет становится невидимым.

 

В опале интерференция световых волн происходит тогда, когда свет проходит между регулярно расположенными сферами, кото­рые образуют его структуру. Величина сфер и расстояние между ними, а также расстояние, с которого рассматривают опал, влияют на степень дисперсии и, как следствие, — на игру цвета.

 

 Когда ка­мень поворачивают, маленькие сферы дают только синие и фио­летовые цвета, а большие, регулярно расположенные сферы демонстрируют весь спектр радуги.

 

 

Эффект «кошачьего глаза», астеризм кристаллов и «шелк».

 

 

К другим эффектам внутреннего преломления света относятся перелив цветов, астеризм кристаллов и «шелк», причиной которых являются включения, находящиеся в естественных драгоценных камнях.

 

Перелив цветов — это так называемый эффект «кошачьего глаза», присущий некоторым драгоценным камням с огранкой «ка­бошон» (огранка в виде выпуклой полусферы), который лучше все­го виден при ярком свете. Свет отражается от параллельно располо­женных вытянутых или иглообразных кристаллов включений таких минералов, как рутил или турмалин, волокон или полостей удлинен­ной формы.

 

Примерами драгоценных камней, демонстрирующих этот эффект, являются кварц, берилл, рубин, сапфир и турмалин.

Астеризм присущ драгоценным камням, имеющим два или бо­лее параллельных включения, образующих звезды.

 

 У звезд может быть четыре, шесть, двенадцать или даже двадцать четыре луча. У звездчатых сапфиров и рубинов, как правило, по шесть лучей, расположенных параллельно кристаллографической оси. К другим камням, способным демонстрировать звезды при огранке «кабо­шон», относятся кварц, гранат, шпинель.

 

Если включения или полости присутствуют в количестве, недоста­точном для образования звезды, они могут быть видны как микро­скопические игольчатые включения, когда свет отражается от мел­ких скоплений параллельных включений, и воспринимаются глазом как шелк. Подобное явление можно часто наблюдать в сапфирах.