Прежде всего бросается в глаза, что все это минералы бериллия. Источником этого элемента являются, как уже говорилось при рассмотрении изумруда, пегматитовые жилы, которые здесь внедрялись в змеевики. Однако соотношение бериллия и других компонентов резко различно. В берилл входит и глинозем, и кремнезем, причем их довольно много (на один атом бериллия приходится два атома кремния и 2/3 атома алюминия), тогда как в фенаките алюминия нет совсем (на один атом бериллия приходится только пол-атома кремния), иначе говоря, фенакит может образоваться только там, где имеет место нехватка алюминия (рис. 7, 8). В хризоберилле — огромный избыток глинозема, т. е. для его образования необходима среда, исключительно богатая этим окислом.
Условия, господствующие в змеевике, в который внедрялись пегматитовые жилы, отвечают всем этим требованиям. Вокруг жилы возникает зона слюдитов, содержащая много кремния, глинозема и щелочей, поэтому здесь возникает берилл. За ней следуют зоны актиполита, талька и, наконец, серпентина; в этих зонах уже нет глинозема и очень мало кремния — это самое благоприятное место для формирования фенакита, конечно, если сюда проникает бериллий. Сама жила, отдавая в змеевик для образования слюд и актинолита кремний и щелочи, резко обогащается глиноземом вплоть до того, что здесь кристаллизуется корунд (см. образование сапфира на стр. 60). Ну, а если в жиле есть бериллий, то возникает хризоберилл. К. А, Власов, исследовавший Изумрудные копи после Ферсмана, указывал, что хризоберилл встречается в зоне хлорита. Эта зона ближе к жиле, чем зона слюдита, и здесь больше глинозема, а следовательно, это то место, где может кристаллизоваться хризоберилл. Видимо, все это так и есть. Есть еще одно условие, для того чтобы образовался александрит, а не бесцветный хризоберилл: нужно, чтобы в хризоберилл вошел хром. Этот элемент очень типичен для змеевика, и отсюда он проникает и в берилл (изумруд), и в хризоберилл (александрит).
В Бразилии встречаются желтые или золотистые хризобериллы, а на Шри-Ланке — голубоватые, но это не александриты, они не меняют цвета, в них нет хрома.
Что же такое «восточный кошачий глаз» и почему он возникает? Как известно, он встречается в пегматитовых жилах, но ведь там много кремниевой кислоты и там должен был образоваться берилл!
В конце 70-х годов в Академии наук делал доклад один из молодых индийских геологов, изучавший полезные ископаемые Южной Индии. В числе других он рассказал и о месторождении «восточного кошачьего глаза» По его данным, этот драгоценный камень приурочен к пегматитовым жилам, секущим очень богатую глиноземом толщу силлиманитовых гнейсов (силлиманит — это силикат алюминия, образующий тончайшие иголочки, их скопления, имеющие характер войлока, образуют прослойки и зоны среди других минералов гнейса — слюды и полевого шпата). Пегматитовые жилы по рисунку докладчика выглядели совершенно нормально, их краевая зона сложена аплитом, далее идет зона крупнозернистых полевых шпатов, и в центре располагается кварцевый блок. При таком строении жилы совершенно непонятно, откуда здесь хризоберилл. Пришлось спросить докладчика. «Каким образом у Вас в жилах возникает хризоберилл? Ведь у Вас много кварца и должен был бы быть берилл!» «А здесь по соседству с кварцем и встречается берилл», — ответил докладчик и показал хотя и мелкие, но очень красивые и прозрачные кристаллики желтовато-зеленого берилла. «Хризоберилл, однако, никогда по встречается вместе с кварцем. Он образует только включения в полевом шпате, недалеко от краев жилы, и, знаете, — добавил индийский геолог, — берилл всегда образует очень хорошо сформированные кристаллики, а хризоберилл никогда не дает кристалликов, это всегда обсосанные, растворенные по краям зерна».
После этого ответа все стало ясно и все нашло свое место. Очевидно, на первых этапах образования пегматитовых жил на силлиманитовые гнейсы действовали растворы или расплавы, содержащие некоторое количество бериллия. За счет этого бериллия и глинозема гнейсов, как отмечалось, бедных кремниевой кислотой и очень богатых глиноземом, кристаллизовался хризоберилл. Хорошо образованные кристаллы хризоберилла захватывали в большом количестве иголки силлиманита, причем эти иглы очень точно ориентировались по главным направлениям структуры хризоберилла. Позднее, когда в эту же толщу внедрялась главная масса пегматитового расплава, в него были захвачены и ранее образованные кристаллы хризоберилла вместе с включенными в пего иглами силлиманита.
Пегматитовый расплав богат кремниевой кислотой, и кристаллы хризоберилла не были равновесны с включающим их расплавом, и, безусловно, эти кристаллы полностью расплавились бы, если бы быстро растущие кристаллы полевого шпата не захватили их и, включив вовнутрь своего кристалла, изолировали тем самым их от расплава. Та часть бериллия, которая попала в расплав при частичном растворении кристаллов хризоберилла, кристаллизовалась вместе с кварцем в форме берилла — здесь ведь уже много кремнезема.
Исключительная редкость «восточного кошачьего глаза» и александрита связана с редкостью условий, в которых мог кристаллизоваться сам по себе редкий минерал хризоберилл, но еще реже встречается возможность для этого минерала включить в себя примесь хрома и образовать александрит или иголочки силлиманита, чтобы возник «кошачий глаз».
Теперь можно остановиться и на причинах смены цвета кристалла александрита при дневном и вечернем освещении. Цвет любого вещества обусловливается его избирательным светопоглощением. В солнечном свете больше зеленых и синих тонов, а источник искусственного вечернего освещения особенно богат красными лучами. Александрит — хризоберилл, окрашенный хромом и отчасти железом, и особенно интенсивно поглощает лучи, промежуточные между красными и зелеными цветами. Иначе говоря, поглощая и из дневного, и из вечернего света центральную часть, камень резко усиливает существующие различия между дневным и вечерним светом.
После того как стала известна причина изменения цвета камня в дневном и вечернем свете, удалось синтезировать и корунд, и шпинель, обладающие александритовой окраской. Особенно красивы шпинели, цвет которых меняется даже более четко, чем у природного александрита.
И хризоберилл (александрит и «кошачий глаз»), и фенакит — редкие и малоизвестные камни, но для геолога они очень интересны, так как расшифровка условий их образования позволяет разобраться во многих законах природы.
Топаз
Топаз (алюмофторид кремния) Al2(F2SiO4). Образует призматические кристаллы со сложной головкой; в призме четыре или кратное четырем число граней. Спайность весьма совершенная, располагающаяся перпендикулярно к призме. По твердости топаз уступает только корунду и алмазу. Плотность одна из самых высоких для прозрачных минералов (3,4–3,6 г/см3), поэтому у уральских старателей топаз получил название «тяжеловеса». Цвет белый, светло-голубой, розовый, бурый, золотисто-желтый. Хорошие кристаллы топаза, используемые как драгоценный камень, встречаются в пегматитовых жилах. Иногда топаз входит в состав горных пород в качестве породообразующего минерала.
Из современного учебника минералогии
Топаз есть многосторонний драгоценный камень высокого на золото похожего или желтого цвета, который в огне крепко устаивает и цвета своего не теряет.
Валерий. Минералогия. Пер. И. Шлаттера СПб., 1763, с. 181
Сибирский тяжеловесный камень. Кристаллы сего камня редко находятся отдельно, а обыкновенно в соединении с аквамаринами и горными хрусталями, с коими составляют особую топазовую матку; часто сидят в железистом кварце.
Впрочем, дальнейшие опыты доказать должны, принадлежит ли он подлинно сюда (к топазу) или к иному роду камней. Ближайшее сродство с саксонским топазом заставило меня поместить сей камень к сему виду.
Севергин В. Первые основания минералогии. СПб., 1798, кн. I, с. 328—329
Топаз — один из минералов, которые используются как драгоценный камень еще со времен существования-древних государств Азии и Египта. Находили топаз в пегматитовых жилах, и он всегда привлекал к себе внимание исследователей. Сейчас это один из наиболее изученных минералов. Выше приведены две параллельные цитаты из известнейших русских учебников XVIII в.
Между изданиями их прошло всего 35 лет, и читатель может видеть огромный прогресс минералогической науки за это время. Если у Валерия было только формальное разделение топаза по цвету и виду, то академик Василий Севергин подходит уже как исследователь и описывает не только сам кристалл, но и условия, в которых он находится в природе, а также его свойства и удачно сопоставляет разные, еще неотождествленные минералы; действительно тяжеловес оказался топазом. Севергин также указывает, что его (тяжеловеса) и аквамарипа месторождения находятся «близ Мурзинска в Урале» и «в Даурии на Ононе».
Рис. 9. Формы кристаллов топаза
Вряд ли ошибусь, если скажу, что каждый начинающий коллекционер камня мечтает найти занорыш в пегматитовой жиле или хотя бы заглянуть в него. Действительно, сростки кристаллов (друзы), извлеченные из пустот занорышей в пегматитовой жиле, — украшение всех минералогических музеев (рис. 9). В Минералогическом музее Академии наук демонстрируются образцы из занорышей уральских месторождений из окрестностей старого казачьего села Мурзинки, которое расположено к востоку от г. Невьянска. В образцах отсюда, так называемых штуфах или друзах, поверхности усажены кристаллами, на пегматите — крупнозернистой гранитоподобной породе — располагается несколько блестящих бело-розовых кристаллов калиевого полевого шпата. Тут же, частично срастаясь с полевым шпатом, лежат и стоят почти вертикально буровато-черные кварцевые морионовые красивые шестигранные кристаллы. Сбоку сростка вырос совершенно симметричный светло-голубой прозрачный топазовый кристалл. Завершает картину небольшая шестигранная пластинка — кристалл слюды, частично вросший в полевой шпат и кварц, В отличие от других минералов друзы грани слюды