Альмандины из Кителя. Сбережём каждый квант «фиалкового оттенка»!

Опубликовано Иван Новиков в

Альмандины из Кителя. Сбережём каждый квант «фиалкового оттенка»! (Оптическое препарирование граната)

Очень я люблю их собирать! И точечка у меня есть любимая на обочине трассы Пряжа-Сортавала. Не там, где люди ковыряются уже несколько веков, а в нескольких километрах на запад от старых ям. Ну и покупать их люблю тоже… Не продавать, а именно покупать! Почему? Ну… Эти «драгоценности» всегда обильны и не очень, прямо скажем, дороги. Местные продают образцы иногда ведрами, а иногда поштучно. Но и в последнем случае цена фиксированная — «за камень». Качество не влияет на цену практически никак. Положа руку на сердце, скажу, что согласен с карельскими краеведами, призывающими положить конец массовой добыче в старых копях. Но когда приобретаю ведро с кусочками сланца, то конечно же не спрашиваю откуда эти камни. Все равно сил удержаться нет. Как, в большинстве случаев, нет и шанса «отбить покупку» в дальнейшем. Это действие вне разумной коммерческой деятельности. Все просто, и об этом писали до меня — альмандин подчиняет человека себе!

Так, несколько по-варварски, выглядит «лот» от местных предпринимателей. Сто кусочков сланца с торчащими кристаллами граната. Значительная часть из этого материала выкидывается сразу.

Это каменная лотерея. Вся медитативная привлекательность покупки кительского альмандина и дальнейшего занятия с образцами заключена в том, что среди кучки образцов, приобретенных по смешной цене, есть вероятность обнаружить один-два камня, достойных того, чтоб потом на них любоваться всю жизнь. Парадоксально, но на первый взгляд (ну, скажем, взгляд неопытного коллекционера), лучшими коллекционными образцами станут далеко не самые привлекательные кристаллы в купленной кучке. Дело в том, что самые чистые и нетрещиноватые кительские альмандины — самые темные и совершенно невыразительные. Яркий, почти полуметаллический блеск придает им вид шариков из старого чугуна со ржавой окалиной, нелепо торчащих из массы слюды. А ведь именно за них велись когда-то войны в Приладожье!

Один из самых крупных кристаллов с прозрачными зонами, прошедших через мои руки. Фотография сделана без постановки света. Так невзрачно выглядят «драгоценные» кительские гранаты.

Получается, что самый прозрачный кристалл в породе настолько «не смотрится», что его хочется выкинуть? Получается, что альмандины без трещин не пригодны для коллекционирования?
Действительно! Ведь, чего хочет коллекционер, получивший образец красного граната? Хочет, чтоб его красный цвет был виден! Например, как у прекрасных альмандинов с о.Врангеля (тот, который не наш, а на Аляске, в США)…
Вот пример — фотография с сайта mindat.org :

Постоянная страница изображения https://www.mindat.org/photo-4786.html (© Mindat.org & John H. Betts 2002)

Почему нам так не повезло с полупрозрачными красными камнями, а им повезло? На самом деле, это только на первый взгляд. Если учитывать оптические свойства минерала, то не повезло всем, но немного по-разному. Все дело в самом альмандине и его химическом составе. А точнее, в относительном количестве железа, позиции его атомов в кристаллической решетке и их степени окисления. Кто хочет почитать научную статью на английском, тот может ее скачать тут. Кратко: чем больше железа в альмандине и чем выше отношение Fe2+ к Fe3+, тем темнее будет камень, что — минус. Но вместе с этим, в общем случае, и более интенсивным будет его цвет, что — плюс.

Средний состав граната из Врангеля (по данным КалТеха): Fe2.03Mg0.67Ca0.18Mn0.07Al2.0(SiO4)3
Я потыкал ЭДС-ом микроскопа в гранат из Кителя, получилось: Fe2.5Mg0.3Mn0.2Ca0.1Al2.0(SiO4)3

Таким образом, гранаты у нас вполне «той системы» — с доминированием альмандиновой молекулы (с незначительным содержанием пиропового и спессартинового компонента). Наш кительский альмандин, вероятно, должен быть покраснее и потемнее, но не чёрным, так как химически гранаты похожи.
И все было бы хорошо, но кроме состава есть еще факторы, влияющие на визуальную прозрачность образца. Попробуем их обнаружить. Очевидное отличие кительского альмандина от альмандина с Аляски в качестве природных граней и в толщине внешней зоны «ограночного» качества. Кажется, что в последнем параметре американские гранаты с Врангеля нашим кительским проигрывают.

Спил толщиной 1 мм внешней части граната из копей Врангель, Аляска. Видно, что прозрачна и лишена включений только внешняя зона кристалла — кайма, примыкающая к граням. Изображение принадлежит отделению планетарных и геологических наук Калифорнийского Университета (California Institute of TechnologyPasadena, California, USA).

Внутренняя часть у этих роскошных коллекционных альмандинов с Аляски более дефектная. Она наполнена множественными включениями, часть из которых способна отражать лучи света. Вот за счет этого и виден существенно лучше цвет тонкой прозрачной каймы кристалла.
Обратная ситуация складывается в наших «цельноювелирных» крупных поросятах. Свет просто тонет в их глубине, как в бездонном колодце с прозрачной водой. Но от этого знания коллекционерам, вынужденным смотреть на почти черные шарики, конечно же не легче. Слишком много фантазии нужно прикладывать, чтоб убеждать себя, что внутри-то кристалл красный и прозрачный. Вспоминается: «Ты суслика видел?»
Резюмируем. Как и в лучших американских образцах, в карельских кристаллах из-под деревни Кителя (Китиля) цвет виден только за счет внутреннего рефлекса — отражения от относительно неглубоко расположенных оптических дефектов (заполненных воздухом трещин, чешуек вросшей слюды и т.п.). Почти все кительские альмандины будут выглядеть излишне тёмными, если будут лишены трещин.
Исключения есть, конечно. Редко-редко в этих краях попадаются относительно светлые бездефектные разности. (Похоже, что это как раз те самые камни со «знаменитым фиалковым оттенком», на которые указывают исторические документы, заботливо собираемые Игорем Викторовичем Борисовым, кандидатом географических наук, краеведом и неутомимым изучателем и популяризатором истории горных промыслов Приладожья.) Другой тон окраски, «лысая», без граней и ступенчатости, форма кристаллов, глянцевая поверхность, позволяет отличать их от «стандартных» кительских альмандинов. Самостоятельно я таких не находил, но могу предположить, что такого рода образцы происходят не из какого-то особенного тайного отдельного местонахождения, а образуются в местных «флюктуациях» метаморфических условий. Статистика покупок у местных говорит, что из высококлассных образцов попадается один такой прозрачно-фиолетовый и гладкий на 30-40-50 высококлассных, но обычных.

Пример кительского альмандина с холодным «фиалковым» оттенком. Кристалл 2,6 см.

Впрочем, если присмотреться, то выясняется, что он тоже не такой уж и «светлый». Главное его отличительное свойство — качество поверхности. Именно оно позволяет впустить свет вовнутрь в достаточном количестве, чтобы потом он отражался откуда-то из глубины недр кристалла и радовал нас его цветом. Относительно ступенчатогранных собратьев, эта гладкость приводит к снижению рассеяния света при прохождении границы воздух-кристалл. А еще — к более чистому отхождению метакристалла граната от слюды при выкалывании из сланца. Эти качества присущи и альмандинам с американского Врангеля.
Эти два факта, позволяющие прозрачным, но «гладким» кительским кристаллам проявлять цвет, были примечены и ныне активно эксплуатируется следующим образом. Чтобы не заморачиваться с очисткой поверхности от неглубоких вростков минералов вмещающей породы, сейчас стало модно приполировывать поверхность кристалла, делая эдакое оптическое окошко вовнутрь. Что же, можно! Цвет внутренностей кристалла действительно становится виден. На мой личный взгляд, такая обработка — это своеобразное убийство минералогического образца… Но на вкус и цвет, как говорится… Приводить фото не буду.

Кстати, о цвете! Для демонстрации стороннему наблюдателю всех цветовых качеств темного кристалла можно подсвечивать его сзади.

Кристалл альмандина 12-14 мм, «без фанатизма» подсвеченный сзади гибким волноводом, который предварительно выводится через задний фон и просверленное стекло.

Это превосходный способ делать богатые фотографии, пригодные для обложек минералогических журналов, но на этом все позитивные моменты такой подсветки заканчиваются. Экспонированный таким образом камень должен располагаться стационарно относительно источника подсветки. Теоретически это возможно в частной коллекции, но не очень удобно. А вот, например, для меня, как для торговца минералами, будет полная катастрофа представить подобную фотографию без пояснений о методе ее создания в каталоге магазина. Покупатель увидит такую красоту, естественно захочет ею обладать… распакует почтовую посылку… а та-а-ам: «…в чёрном-пречёрном городе, на чёрной-пречёрной улице…» По этой причине для фотографирования образцов, которые планируется продать, обменять или подарить, способ трансиллюминации не подходит. Приходится прибегать к методам получения внутреннего рефлекса от источника света, который сможет воспроизвести любой человек. Например, на фотографии ниже альмандин сзади слегка освещен солнечным зайчиком от косметического зеркала. Между прочим, это тот самый кристалл, который вы видели выше (на втором изображении сверху). Хотя просвечивает только краешек — абсолютно другое впечатление от образца!

Пример полупрозрачного (просвечивающего) альмандина с Кительского месторождения граната. Возможность увидеть цвет кристалла достигается освещением его тыльной стороны «солнечным зайчиком» от косметического зеркала при одновременном фронтальном освещении (полу)мягким светом 5500K.

Кстати, при фотографировании таких сильно-преломляющих кубических минералов, как гранат, наиболее эффективная подсветка «сзади» легче всего осуществима, когда он лежит на стекле. И вот по какой причине. Завести максимум света в кристалл можно при освещении его задних граней снизу-вверх, используя потом полное внутреннее отражение от границы кристалл-воздух изнутри.

Еще раз о причинах «темности» прозрачных бездефектных кристаллов коллекционного Альмандина

Фотографирование-фотографированием, но заметочка не об этом. Основная задача — сделать визуально более красным, прозрачным и привлекательным естественный кристалл кительского граната в штуфе. Как мы уже обсудили, его темный насыщенный цвет связан с тем, что этот гранат имеет высокое содержание железа, причем в степени окисления в кристаллической решетке, условно эквивалентной Fe2+. Именно эта «химия» определила когда-то востребованность кительских гранатов в качестве ювелирного сырья на рынках Руси и Европы. И эта же «химия» мешает нам. Как мы выяснили, у наших коллекционных минералов-конкурентов с американского Врангеля общая железистость немного ниже, а наиболее прозрачной зоной является кайма. В наших кительских кристаллах все наоборот. В статье «ЮВЕЛИРНЫЕ ГРАНАТЫ КИТЕЛЬСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ИЗ АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ РАСКОПОК В ТВЕРИ» приводятся данные по зональности альмандина из Кителя (предупреждение: статья стоящая, но платная). Оказывается, что наиболее насыщена железом самая внешняя зона кристалла. Следовательно, при попытке света проникнуть вовнутрь минерала, именно ее свойства вызовут основную проблему. Вернее — целых четыре проблемы:
1. Избыточное поглощение света уже попавшего в кристалл и стремящегося выйти из него, то есть «тёмность» вещества граната;
2. Избыточное отражение от границы воздух-альмандин, придающее кристаллу почти полуметаллический блеск и не дающее свету попадать вовнутрь (коэффициент отражения также зависит от содержания железа);
3. Ступенчатость граней (с учетом повышенного показателя преломления каждая ступенька способна отправлять обратно дополнительное количество лучей, препятствуя их проникновению в кристалл);
4. «Сцепленность» внешней зоны кристалла с другими минералами.

Последнее свойство не оптическое, но важное. Сложное построение граней возникло на завершающем этапе роста метакристаллов граната внутри породы. Ступенчатость, определяющаяся сочетанием двух простых форм: тетрагонтриоктаэдра и ромбододекаэдра, возникла в результате попеременно конкурирующих во времени противоположных процессов: растворения и роста. В начале образования индивидов альмандина «пульсирующие» условия позволяли кристаллу избавляться от включений, что сделало его прозрачным. Но в самом конце формирования сочетание этих процессов привело к врастанию в тело кристалла чешуек тёмной слюды и других минералов вмещающего сланца. В точках, где около поверхности имеются включения таких минералов-узников и «приросшие» минеральные частицы, прохождение света вглубь практически исключено.

Вернемся к железу и оптическим свойствам. Первый пункт этого списка проблем я смог измерить инструментально (диаграмма ниже). На руках у меня был спектрометр (BioSpec-001), и мне удалось прописать спектр поглощения приблизительно полумиллиметрового по толщине осколка кительского граната плоской формы. Данные для сравнения я взял у американцев из открытых источников, только привел их к одной виртуальной толщине.

На диаграмме показана спектральная зависимость коэффициента поглощения Альмандинов из разных местонахождений. Чем выше коэффициент поглощения (вертикальная ось), тем меньше гранат пропускает волны определенной длины (горизонтальная ось). Данные по спектральным характеристикам ювелирного граната из Индии и граната с о.Врангель (США) взяты из базы группы спектроскопии Калифорнийского Университета (California Institute of TechnologyPasadena, California, USA).

Видно, что настоящий полноценный ювелирный индийский гранат существенно прозрачнее нашего в синей и зеленой области (кривая на этих участках спектра расположена ниже). Гранат из аляскинского Врангеля — еще более прозрачен. А общий наклон кривой у него меньше, что говорит о существенно меньшей цветности (то есть для ювелирного дела он действительно «никакой»). У нашего же кительского граната есть необычное и очень выраженное окно пропускания в районе 630 нанометров. Это окно — тот самый крутой, пусть и очень тёмный, но супер-насыщенный красный цвет. Каким же образом нам его увидеть в природных образцах без искусственных приполировок и не менее искусственных подсветок?

Читатель должен понимать, что радикального изменения оптических свойств граната добиться нельзя! Каждым методом мы будем бороться за «улучшение ситуации» на один, два, или три процента, надеясь что в сумме они дадут заметный эффект.

Приемы осветления коллекционных образцов

Химическая мусковитизация биотита. Начнем с правила корректности. Все химические способы препарирования образца не должны вызывать таких преобразований, которые не могли бы теоретически произойти в природных условиях. То, чем мы сейчас займемся, надо сказать, «на пределе» условия корректности. Но деваться нам особо некуда — кительский альмандин контактирует с уж очень тёмной слюдой. Дело в старом известном способе ювелиров: под слишком тёмные камни в изделиях они подкладывали серебряную фольгу, чтоб улучшить отражение от нижних граней камня. В природных кительских образцах и «подложена» под кристаллы, и «врощена» в них тёмная железосодержащая слюда, которая не только не просветляет образцы, но очевидно способствует обратному эффекту. Есть мнение, что «мыть слюду (сильной минеральной) кислотой нельзя, так как она потом превращается в хлопья за счет выщелачивания катионов…» Это не совсем правда. После даже не очень продолжительного экспонирования образца слюды в кислоте — никогда нельзя промывать его водой! Вот это правда! Когда какой-нибудь наш аннит-флогопит (биотит) лежит в кислоте, часть катионов из межслоевого пространства слюды меняется местами с протончиками кислоты. В том числе и железо покидает минерал. Первое время, несмотря на этот процесс, заряд, поддерживающий структуру, остается допустимым. Но если промыть такую, пусть кислую, но все еще слюду водой — произойдет катастрофа, и структура действительно разрушится. А вот если промыть слюду сразу концентрированным раствором K2CO3, то на место протончиков в пространство между слоями войдут катионы калия, превращая темную слюду в светлую. Пользоваться этим свойством можно ограниченно, но внешние части кристаллов слюды вполне можно «посеребрить». Азотку сейчас достать невозможно, да и опасная она штука. Намекну, недавно я проверил на практике, что активности угольной кислоты при 4-6 атмосферах оказывается вполне достаточно. Естественно, я категорически не рекомендую проводить эксперименты в домашних условиях! Будем считать, что это блок для профессиональных минералогов.

Важность тщательности очистки поверхности. Вам сколько угодно будет казаться, что свежеприобретенный кристалл кительского альмандина, который вы держите в руках, обладает чистыми гранями. Эта уверенность обязательно пропадет, когда вы посмотрите на него в бинокуляр (бинокулярную лупу). Выясняется, что он буквально весь облеплен слюдой, врастающей в каждое углубление на поверхности. Особенно хорошо видны вростки биотита, если смочить поверхность зимней «незамерзайкой» для автомобильных стекол. Предстоит многочасовая кропотливая работа тонкой медицинской иглой или похожим инструментом. Это очень важный этап, позволяющий заметно прирастить «прозрачность».

Очистка «приросших» чешуек слюды с поверхности альмандина под бинокуляром.

После того, как вы почистили альмандин иглой, я бы рекомендовал выдержать образец в растворе поваренной соли, с последующей промывкой щавелевой кислотой. Дело в том, что ступенчатая поверхность граней твердого граната работает как абразив. Игла металлизирует кристалл при каждом прикосновении. Это увеличивает отражение, и ухудшает характеристики светопропускания. Тем более, что некоторые «майнеры», добывавшие эти альмандины, с полной заботой о вас могли чистить его железной щеткой, после чего он пришел к вам металлизированным весь и наглухо! Как ни странно, но иногда это бывает незаметно, так как собственный коэффициент отражения граната достаточно высок.

Оптическое просветление поверхности кристалла постоянной полимерной пленкой 150нм. Как уже было сказано, самый поверхностный слой кительских альмандинов — самый высокожелезистый. Относительно его доли от объема кристалла, он дает неоправданно высокий вклад в снижение светопропускания только за счет повышенного коэффициента отражения. Можем ли мы сформировать нанопленку, совершенно не заметную для глаза, но немножко улучшающую ситуацию с преодолением лучом света границы воздух-гранат? Обратимся к методам промышленной оптики. Показатель преломления для высокожелезистого граната из пиральспитов колеблется около значения n=1,80. Оптимальным просветлителем для его поверхности будет материал, показатель преломления которого будет равняться квадратному корню из этого числа, то есть будет равен 1,34. Постойте, но это число соответствует показателю преломления воды! Так мало?! На самом деле — это та самая причина, по которой просветляющие покрытия в оптической промышленности не могут быть созданы близкими к идеальным. Все механически устойчивые вещества обладают бо’льшим показателем преломления относительно необходимого. Но наше просветляющее покрытие не должно обладать высокой механической устойчивостью. Наоборот, для соблюдения правила корректности, покрытие должно легко и бесследно удаляться с образца в любой момент времени. После долгих поисков мне кажется удалось подобрать идеального кандидата. Это — поливинилбутираль! Полимер, прекрасно растворяющийся в «пищевом» спирте. Его используют палеонтологи для укрепления экспонатов. После полимеризации образующаяся пленка достаточно прочна и не растворяется в воде. Но спиртом, при желании, снимается очень легко. Основная сложность — не переборщить! Нам действительно надо нанести покрытие толщиной в четверть длины волны той самой, красной, части спектра. Делим 630 нм на четыре — получаем чуть больше 150 нанометров! Для глаза наилучшее покрытие будет выглядеть, как еле-еле-еле заметная серо-голубоватая побежалость на самых гладких участках граней. Чтобы не промахнуться, создавать его надо последовательно.

Альмандин. Кристалл 23 мм с «классического» проявления на Кительском месторождении граната. После просветления поверхности. Слева освещение теплое (солнечный луч из дырки в занавеске), справа — холодное, для того, чтоб подчеркнуть грань тетрагонтриоктаэдра (источник — экран телевизора). В полном разрешении можно скачать тут. © Иван Новиков, «Рузская Яшма»

Для формирования просветления я растворил 0,1 г бутирали в 100 г спирта. Перед нанесением гранат обязательно моется в семи водах с мылом, заканчивая водой и спиртом. Нужно добиться максимально медленного высыхания спирто-бутиральной пленки. Для этого я предварительно «промочил» спиртом весь образец, после чего кистью обмазал кристалл раствором полимера. Затем перевернул его вверх-ногами и отправил сушиться в морозильную камеру, где скорость испарения спирта намного ниже. Пленка нужной толщины сформировалась за три раза.

Крупный план того же образца (гранат — 2,3 см). Вот так кристалл кительского альмандина теперь выглядит без дополнительной подсветки. Фотография сделана при свете трех лампочек накаливания в потолочной люстре, по 60 Вт каждая. Без ретуши по цвету и яркости. Большое разрешение тут. © Иван Новиков, «Рузская Яшма»

Результат всей этой возни — получение отражения от дефектов, расположенных глубоко в крупных прозрачных (>2 сантиметров) кристаллах. Как следствие этого — возможность получить ощущение полупрозрачности, глубину и явный темно-красный цвет кительского альмандина при естественном (желательно теплом) освещении со стороны смотрящего, а не подсвечивая кристалл сзади.

Для магазина «Рузская Яшма». Иван Новиков, 2020

jQuery(document).ready(function($) { $( "#place_order" ).on('click', function() { ym(53487508,'reachGoal','PLACE_ORDER') });
× Напишите нам