Phương Pháp Tạo Ra Màu Hồng Quanh Những Ống Tăng Trưởng Và Vết Nứt Trong Những Viên Tourmaline Chứa Đồng Ở Mozambique (Bản tin tháng 10/2009)

Giới Thiệu:

Trong năm qua, nhóm tác giả John I. Koivula, Kevin Nagle, Andy Hsi-Tien Shen và Philip Owens đã nghiên cứu 09 viên tourmaline chứa đồng màu xanh đến lục xanh từ Mozambique, chúng có chứa các ống tăng trưởng và các khe nứt lên đến bề mặt hoặc dạng ống với những đới màu hồng rõ ràng (hình 1). Những viên đá này có được từ 04 nhà buôn đá quý khác nhau qua nhiều đợt trong năm.

Viên đầu tiên của Simon Watt cắt dạng trái tim, nặng 14,12 ct, kích thước 15,82 x 13,68 x 10,82 mm xuất xứ từ Mozambique. Trong hình 2, viên tourmaline này có một ống tăng trưởng lên đến bề mặt được bao bọc bởi một đới màu hồng vừa.

Ngay sau đó, Bill Vance và David Freeland Jr. gởi cho chúng tôi viên đá cắt dạng hình nệm nặng 27,63 ct, xem hình 1. Viên đá này cũng có xuất xứ từ Mozambique, kích thước 17,82 x 17,13 x 12,95 mm. Viên đá chứa một ống tăng trưởng lớn lên đến bề mặt nằm dưới mặt bàn và nó được bao bọc dọc chiều dài bởi một đới màu cực hồng (gần như đỏ), tạo ra sự tương phản rõ rệt với màu xanh của viên đá chính.

Viên thứ ba cũng là viên lớn nhất trong số các viên được đưa đến Viện ngọc học GIA để kiểm định và chứng nhận xuất xứ. Viên tourmaline màu lục-xanh này mài kiểu giác cúc biến thể hình giọt nước cân nặng 33,26 ct và có kích thước 24,34 x 19,88 x 12,89 mm. Nó có nhiều ống tăng trưởng mảnh lên đến bề mặt, tất cả được bao bọc bởi những đới hẹp, màu hồng. Những đặc tính này quá nhỏ để có thể thấy bằng mắt thường mà phải nhìn qua kính phóng đại mới thấy thật rõ được. Phân tích hóa bằng phổ Khối lượng – Plasma cảm ứng kép – Bắn laser (LA-ICP-MS) cho thấy rằng xuất xứ của viên đá cũng từ Mozambique (để biết thêm về kỹ thuật này xem bài của Abduriyim và những người khác, 2006).

Sáu viên tourmaline còn lại đều có hình quả lê cũng được cho là có xuất xứ từ Mozambique do Mark H. Smith cung cấp. Chúng có trọng lượng từ 1,07 đến 2,66 ct, tất cả đều có màu lục-xanh nhạt. Đới màu hồng liên kết với các khe nứt chạy dài từ những ống tăng trưởng được bao bọc bởi đới màu hồng cũng xuất hiện trong những viên đá này.

Mặc dù các nghiên cứu chi tiết về ngọc học trong thời gian khá gần đây trên tourmaline chứa đồng từ Mozambique (theo Abduriyim và những người khác, 2006; Laurs và những người khác, 2008) cho thấy không có bao thể loại như thế được đề cập hay minh họa trong những ấn bản này. Điều này cho ta suy đoán rằng những bao thể như thế và cơ cấu hình thành của chúng là khá hiếm trong tourmanline.

Phương pháp tạo màu được đề xuất:

Chiếu xạ là phương pháp nổi tiếng và mang tính khoa học đã được chứng minh, nó có thể tạo ra màu hồng đến đỏ trong tourmaline (Nassau 1984), vì thế thật hợp lý để giả định rằng sự chiếu xạ là nguyên nhân tạo ra màu hồng bao quanh những ống tăng trưởng lên đến bề mặt và có liên quan đến những vết nứt trong các viên tourmaline chứa đồng màu xanh đến lục-xanh này.

Kỹ thuật hợp lý nhất trong việc tạo màu hồng trong những viên tourmaline này có thể đưa ra giả thuyết từ nghiên cứu ban đầu bởi một trong những tác giả (JIK) trên thạch anh ám khói và kim cương màu lục. Đầu tiên trong loạt báo cáo này (Koivular, 1986) mô tả việc tạo màu của những tinh thể thạch anh ám khói nhờ dòng chảy thủy nhiệt phóng xạ diễn ra tự nhiên. Màu nâu được giữ lại trên lớp bề mặt chỉ dày vài mm; màu đậm nhất quanh những điểm đặc trưng bề mặt và những lỗ hổng lên đến bề mặt cũng như quanh những hốc bao thể lỏng gần bề mặt vẫn còn nguyên cả pha dạng lỏng và khí. Quả thật sự hiện diện của những đám mây màu nâu quanh những hốc bao thể lỏng này cho thấy chất lỏng trong chúng đã bị phóng xạ, do đó màu ám khói trên thạch anh là kết quả của sự chiếu xạ (Nassau, 1984).

Nghiên cứu thứ 2 (Koivula, 1988) chứng minh một phần tinh thể kim cương tự nhiên với một hốc tinh thể âm thông đến bề mặt qua một chỗ thắt nhỏ. Bị kẹt trong hốc là những tinh thể kim cương rời nhỏ, chúng quá lớn để thoát qua chỗ thắt. Vết chiếu xạ lục phớt nâu phủ lên những thành bên trong của những hốc, chỗ thắt và bề mặt của những tinh thể kim cương bị kẹt. Tuy nhiên, những vết như thế không được quan sát thấy ở bất cứ chỗ nào trên bề mặt bên ngoài của viên kim cương chủ.

Hai nghiên cứu này cho thấy phương pháp phóng xạ có thể đưa lớp màu hẹp hình thành bên trong khoáng vật quý. Nếu chúng có những đặc trưng phát triển lên đến bề mặt như vết lõm ăn mòn và các hốc, các rãnh, các vết nứt hoặc các ống tăng trưởng, thì khi đó màu tạo ra từ phương pháp phóng xạ sẽ thâm nhập vào tinh thể bằng tính mao dẫn, bằng cách ấy màu được đưa vào bên trong những bề mặt hốc rãnh đó. Nếu sau đó bề mặt bên ngoài bao thể bị biến đổi do điều kiện tự nhiên hay do sự ăn mòn axit hoặc sự mài mòn do nước hay do quá trình chạm trỗ thì khi đó chỉ những bề mặt không bị biến đổi (như các ống tăng trưởng, ….) mới cho thấy màu được đưa vào là bằng phương pháp phóng xạ. Từ những hiểu biết rằng sự chiếu xạ có thể tạo ra màu hồng đến đỏ trong tourmaline (xem ví dụ trong Reinitz và Rossman, 1988), đã đưa ra được giải thích chắc chắn cho sự hiện diện của những ống màu hồng trong những viên tourmaline chứa đồng này.

Nghiên cứu dưới kính hiển vi:

Trước tiên chúng tôi dùng những kỹ thuật ngọc học cơ bản để khẳng định những viên đá này là tourmaline. Sau đó chúng tôi chuyển sang phổ kế huỳnh quang tia X phân tán năng lượng (EDXRF) để xác định chúng là có chứa đồng (Cu) và chúng tôi phân tích hóa bằng phổ Khối lượng – Plasma cảm ứng kép – Bắn laser (LA-ICP-MS) trên 04 viên đá lớn nhất để khẳng định xuất xứ địa lý của chúng là từ Mozambique.

Bước tiếp theo trong quá trình nghiên cứu và mục đích của bài này là để xác định bản chất của những ống tăng trưởng và các khe nứt màu hồng bất thường, cũng như việc chứng minh bằng hình ảnh. Việc này thực hiện bằng cách dùng kỹ thuật chụp ảnh hiển vi ngọc học và nhiều kỹ thuật tạo sáng khác.

Giống như tất cả các ống tăng trưởng trong tourmaline, chúng có hướng song song với trục quang của viên đá chủ (trục c). Trong tất cả các trường hợp, chỉ những ống tăng trưởng phát triển lên đến bề mặt của viên đá chủ mới quan sát được màu hồng quanh ống tăng trưởng đó. Còn ở những ống tăng trưởng hoàn toàn bị giữ lại trong tourmaline thì chúng tôi không thấy sự liên kết giữa màu hồng với các ống này.

Khi nhìn trực diện từ đầu đến cuối kim màu hồng lên đến bề mặt (hình 3), chúng tôi quan sát được sự ngấm màu hồng vào vùng lân cận trong đá chủ tourmaline, nó trở nên mờ dần cho đến khi nó dần dần biến mất. Thật chính xác với những gì mong đợi là có phương pháp phóng xạ đi vào các ống tăng trưởng hở trên bề mặt của tinh thể tourmaline dưới tác động mao dẫn. Một đới mỏng màu hồng đậm đến đỏ lập tức bao quanh tất cả các ống và tạo màu cho chúng (hình 4, bên trái), khi đó một viền phủ biểu sinh trông như bị gỉ sét đi vào những thành bên trong của ống tăng trưởng. Phương pháp phóng xạ có thể thực hiện trong ổ đá tourmaline gốc hoặc riêng từng phần trong quặng bồi tích (sa khoáng) sau khi tourmaline bị thay đổi so với pecmatic (pegmatite) gốc của chúng. Phương pháp phóng xạ bắt nguồn từ sự tương tác với các khoáng vật phóng xạ; những khoáng vật như thế khá phổ biến ở một số đá pegmatite Mozambique (ví dụ, Dias và Wilson, 2000).

Bằng kính phóng đại và ánh sáng phản chiếu bề mặt (hình 4, bên phải), viền của tất cả các ống tăng trưởng lên đến bề mặt đều trông lởm chởm và thô ráp. Điều này hiển nhiên do sự hư hỏng dọc theo các viền mép của những ống tăng trưởng diễn ra trong quá trình mài giác.

Trong hình 5, chúng tôi quan sát được nhiều cỡ đường kính khác nhau của những ống tăng trưởng được bọc màu hồng. Chỉ có những ống lớn nhất như trong hình 1 mới nhìn thấy được mà không phải qua kính phóng đại.

Chúng tôi xin lưu ý rằng khi chất biểu sinh hoàn toàn chặn đứng ống tăng trưởng thì phương pháp phóng xạ tạo màu chỉ thâm nhập đến điểm chặn đứng vì thế việc tạo màu cũng dừng tại đây. Như vậy một số ống tăng trưởng chỉ có một phần bị bọc màu hồng (hình 6).

Trong suốt quá trình nghiên cứu này, chúng tôi cũng thấy đới màu hồng liên kết với các khe nứt trãi dài từ hoặc giữa các ống tăng trưởng bọc đới màu hồng, cũng như từ các vết nứt lên đến bề mặt (hình 7, bên trái). Chỉ khi chúng tôi quan sát các ống tăng trưởng bằng độ phóng đại lớn hơn và có ngâm lâu trong nước thì thấy rõ rằng màu hồng lan tỏa từ các thành bên trong của những vết nứt này và dần dần tan vào viên tourmaline chủ (hình 7, bên phải).

Theo Abduriyim và những người khác (2006) cho biết rằng việc xử lý nhiệt ở khoảng 500^oC có thể tạo ra màu xanh “neon” đẹp trong tourmaline chứa đồng. Báo cáo này cũng nêu rõ rằng màu hồng phớt tím và màu hồng sẽ bị nhạt khi chiếu nhiệt từ 400 đến 500^oC. Trong báo cáo của Laurs và những người khác năm 2008 cho biết rằng dùng nhiệt độ khoảng 530^oC có thể làm bay màu hồng đến tím và tạo ra những màu xanh và lục sặc sỡ. Sự làm phai màu hồng đến đỏ do chiếu xạ trong tourmaline bằng xử lý nhiệt được chứng minh rõ trong tài liệu (Nassau, 1984). Nhiệt độ được đề cập trong các thí nghiệm làm nhạt màu như thế là từ 260 đến 400^oC, với viên không có màu đỏ hay hồng có thể đến trên 750^oC. Cùng với Dr. Emmanuel Fritsch của trường Đại học Nantes, một trong những tác giả (JIK) thực hiện một số thí nghiệm làm phai màu trên nhiều viên đá từ đầu thập niên 90 sử dụng cả nhiệt và đèn. Trong những thí nghiệm này màu nhạt hoàn toàn từ 450 đến 500^oC đối với tất cả các viên tourmaline màu hồng đến đỏ được thí nghiệm.

Vì vậy chúng tôi tin rằng màu xanh đến lục-xanh trên những viên tourmaline chứa đồng này có nguồn gốc tự nhiên và không có kết quả của xử lý nhiệt. Nếu những viên này bị xử lý nhiệt thì các đới màu hồng quanh những ống tăng tưởng sẽ bị nhạt đi chứ không có màu đậm như thế.

Kết luận:

Với kiến thức của các tác giả, sự tạo màu tourmaline quanh những ống tăng trưởng và khe nứt lên đến bề mặt bằng phương pháp phóng xạ thâm nhập vào bên trong chưa từng được đề cập trong bất kỳ tài liệu nào ngoài tài liệu này. Việc tất cả các mẫu được miêu tả trong tài liệu này đều từ Mozambique cho thấy đặc tính bao thể dạng này có thể là đặc trưng của địa phương đó, mặc dù pegmatite granit trên thế giới được biết đến chủ yếu là do xử lý phóng xạ. Sự hiện diện của những đới màu hồng quanh các ống tăng trưởng lên đến bề mặt trong những viên màu xanh đến lục-xanh khác cũng cung cấp bằng chứng rõ rằng viên tourmaline chủ không bị xử lý nhiệt bởi vì nhiệt độ đòi hỏi để tạo ra màu giả (màu xanh đến lục-xanh được tạo ra do xử lý nhiệt, chứ không phải màu tự nhiên) như thế trong tourmaline chứa đồng sẽ làm nhạt màu hồng. (Theo Jonh I. Koivula, Kenvin Nagle, Andy His-Tien Shen và Philip Owens, Notes &New Techniques, G&G, Spring 2009)