Bản tin tháng 07/2021

Johnkoivulaite: Một Khoáng Vật Mới Phát hiện

Hình 1: Tinh thể nặng 1,16 ct này là khoáng vật johnkoivulaite mới được phát hiện ở Thung lũng Mogok huyền thoại của Myanmar trong khu vực mỏ khai thác Pein Pyit. Ảnh của Robert Weldon, GIA.

Một khoáng vật mới, johnkoivulaite, đã được đặt tên để vinh danh John Koivula, một chuyên gia ngọc học nổi tiếng và ưu việt tại GIA trong hơn 40 năm. Với sự hợp tác của các nhà khoa học từ Viện Công nghệ California, Tiến sĩ Kyaw Thu của Phòng Giám định Thương mại Đá quý Macle và Nay Myo, một nhà buôn đá quý từ Mogok, cùng với các nhà nghiên cứu ngọc học GIA đã mô tả khoáng vật johnkoivulaite, được Hiệp hội khoáng vật học Quốc tế (IMA) chính thức chấp nhận là một loại khoáng vật mới vào ngày 6 tháng 9 năm 2019.

Mẫu khoáng vật johnkoivulaite đầu tiên trên thế giới được ghi nhận là đã phát hiện từ khu vực mỏ khai thác Pein Pyit của Mogok ở Myanmar – Miến Điện. Sau đó nó được bán cho Nay Myo, một thương buôn đá quý ở địa phương. Khi không thể xác định được viên đá 1,16 ct (hình 1), Nay Myo nghi ngờ mình đã gặp một loại khoáng vật mới và đã gửi mẫu đến GIA để xác định. Khi các nhà nghiên cứu lần đầu tiên kiểm tra mẫu đá và nhận ra các đặc điểm ngọc học độc đáo của nó, GIA đã sắp xếp để mua viên đá khác lạ từ Nay Myo để có thể thực hiện bổ sung các thử nghiệm chuyên sâu và mẫu có thể được gửi vào bảo tàng GIA. Sau khi mẫu vật được cất giữ trong bảo tàng (một trong những yêu cầu của IMA để mô tả một loại khoáng vật mới), nhóm nghiên cứu đã có thể gửi đề xuất về loại khoáng vật mới này. Theo hướng dẫn của IMA, một khoáng vật mới có thể được đặt tên để ghi nhận những đóng góp khoa học quan trọng của một người trong lĩnh vực khoáng vật học. Tên gọi của khoáng vật mới này được đặt tên để vinh danh những nỗ lực cả đời của John Koivula trong việc thúc đẩy ngành khoa học khoáng vật học và đá quý.

Phân tích nhiễu xạ tia X đơn tinh thể (XRD) được thực hiện với sự cộng tác của các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ California và cho thấy cấu trúc tinh thể lục giác rất giống với beryl và các thành viên khác của nhóm beryl như pezzottaite. Phân tích hóa bằng phổ LA–ICP–MS và EPMA đã xác định viên đá này giàu cesium – Cs, boron – B và magnesium – Mg và xác nhận khoáng vật johnkoivulaite thuộc họ beryl, với công thức lý tưởng cuối cùng là Cs(Be₂B)Mg₂Si₆O₁₈. Các kiểm tra ngọc học cơ bản ghi nhận chỉ số chiết suất RI là 1,608, với độ lưỡng chiết quá thấp để đo chính xác, tỉ trọng là 3,01, độ cứng 7½, vết vỡ trôn ốc, ánh thủy tinh và không phản ứng với tia cực tím sóng dài hoặc sóng ngắn. Đặc biệt đáng chú ý là hiện tượng đa sắc mạnh của khoáng vật johnkoivulaite từ màu tím đậm đến gần như không màu khi quan sát bằng ánh sáng phân cực (hình 2).

Hình 2: Viên Johnkoivulaite cho thấy hiện tượng đa sắc mạnh, đi từ gần không màu (trái) sang tím (phải) khi được kiểm tra dưới ánh sáng phân cực. Ảnh chụp bởi Nathan Renfro; trường quan sát 10,05 mm.

John I. Koivula (hình 3) bắt đầu quan tâm đến các khoáng vật và đặc biệt là các bao thể của chúng ngay từ khi còn là trẻ con, khi ông tìm thấy một tinh thể thạch anh với các bao thể pyrite ở North Bend, Washington. Sau đó, Koivula lấy bằng địa chất và hóa học trước khi làm nhà địa chất thăm dò. Vào những năm 1970, sự nghiệp của ông chuyển hướng khi một người bạn gợi ý chương trình đào tạo Chuyên gia ngọc học sau đại học tại GIA. Ông tham gia làm việc tại GIA vào năm 1976 và bắt đầu công bố các bài báo và bài viết ngắn về đá quý trong quá trình hoàn thiện các kỹ thuật chụp ảnh dưới kính hiển vi của ông. Năm 1986, ông là đồng tác giả với Edward J. Gübelin xuất bản cuốn Photoatlas of Inclusions in Gemstones vô cùng nổi tiếng, về sau còn có thêm hai tập tiếp theo. Koivula cũng viết The Microworld of Diamonds và đồng tác giả quyển Geologica với Robert Coenraads. Những điểm nổi bật khác trong sự nghiệp của ông bao gồm giành giải nhất trong cuộc thi Ảnh chụp dưới kính hiển vi về thế giới bao thể của Nikon năm 1984, nhận Giải thưởng AGS’s Robert M. Shipley vào năm 1996 và được vinh danh là một trong 64 người có ảnh hưởng nhất trong ngành trang sức trong thế kỷ 20 của tạp chí JCK. Năm 2002, ông được trao Giải thưởng AGA’s Antonio C. Bonanno cho sự xuất sắc trong lĩnh vực ngọc học. Ông Koivula cũng đã nhận được Giải thưởng Richard T. Liddicoat của GIA cho Thành tựu Xuất sắc vào năm 2009 vì những đóng góp của ông trong lĩnh vực đá quý.

Hình 3: Khoáng vật mới johnkoivulaite được đặt theo tên của chuyên gia ngọc học nổi tiếng John Koivula, người được biết đến với rất nhiều đóng góp trong nghiên cứu về bao thể và hình ảnh khoáng vật, bao thể chụp dưới kính hiển vi. Ảnh của Kevin Schumacher.

Sau hơn 40 năm làm việc trong lĩnh vực ngọc học, ông Koivula còn thường xuyên đóng góp cho nghiên cứu đá quý và khoáng vật và hiện là biên tập viên cho chuyên mục Thế giới bao thể dưới kính hiển vi của tạp chí G&G.

Việc phát hiện ra một khoáng vật mới là một dịp hiếm gặp và thú vị đối với cộng đồng đá quý. Đó là một vinh dự đặc biệt cho các tác giả khi có thể đặt tên cho khoáng vật này theo tên một chuyên gia ngọc học lỗi lạc và xứng đáng như vậy.

(Theo Aaron C. Palke, Ziyin Sun, và Nathan Renfro, GIA, Carlsbad; Lawrence M. Henling, Chi Ma và George R. Rossman, California Institute of Technology, Pasadena; Kyaw Thu, Macle Gem Trade Laboratory, Yangon; Nay Myo, Greatland Gems and Jewelry, Mogok; Patcharee Wongrawang và Vararut Weeramonkhonlert, GIA, Bangkok, phần Gem News International quyển G&G Fall 2019)

Kim Cương Có Các Hốc ChoThấy Bằng Chứng Xử Lý Bức Xạ

Hình 4: Viên kim cương thiên nhiên 0,70 ct này có chứa wollastonite và CaSiO3-breyite với một mặt nứt graphite lớn dạng đĩa do khai thác từ lớp mantle. Ảnh chụp dưới kính bởi Garrett McElhenny; trường quan sát 1,15 mm.

Gần đây, phòng giám định GIA ở Carlsbad đã kiểm tra một viên đá dạng tròn, giác cúc, màu E, nặng 0,70 ct. Quang phổ hồng ngoại cho thấy đây là kim cương kiểu IIa, vì vậy nhóm nghiên cứu đã thực hiện bổ sung nhiều phương pháp quang phổ và chụp ảnh để xác minh nguồn gốc thiên nhiên của nó. Viên kim cương này có độ sạch I1 do có một bao thể lớn dưới phần mặt bàn (hình 4). Phân tích Raman các bao thể đã xác nhận rằng tinh thể này là một hỗn hợp chưa ổn định của các khoáng vật wollastonite (CaSiO₃) và CaSiO₃–breyite (E. M. Smith và nhóm nghiên cứu, “The very deep origin of the world’s biggest diamonds – Nguồn gốc rất sâu của những viên kim cương lớn nhất thế giới”, Winter 2017 G&G, trang 388–403), chỉ ra nguồn gốc bên dưới tầng thạch quyển. Những khoáng vật này được cho là pha áp suất thấp hơn của CaSiO₃–perovskite. Xung quanh những khoáng vật này là những mặt nứt graphite lớn dạng đĩa cho thấy sự giãn nở bao thể khi áp lực tác động lên viên kim cương giảm xuống trong quá trình đào nó lên từ lớp mantle. Hiện tại thì không thể xác định được bao thể khác do vỏ bọc graphite (than chì) của nó. Nghiên cứu gần đây về bao thể trong các viên kim cương kiểu II khác cho thấy rằng nhiều viên, nếu không muốn nói là hầu hết, thì có nguồn gốc rất rất sâu trong lòng Trái đất (một lần nữa, xem Smith và nhóm nghiên cứu, 2017). Viên đá này là một ví dụ khác nữa về việc kim cương hình thành ở độ sâu đáng kinh ngạc, sâu khoảng 360–750 km trước khi chúng được vận chuyển lên đến gần bề mặt.

Hình 5: Ảnh phát quang trong DiamondView này của phần mặt bàn và phần trên cho thấy quầng sáng huỳnh quang màu lục xung quanh hai hốc (được chỉ ra bởi các mũi tên màu đỏ). Sự phát quang màu lục, do tâm sai hỏng H4 gây ra, là do bức xạ cục bộ bên trong các hốc đó gây ra trong khi viên kim cương còn nằm trong vỏ Trái đất và tiếp xúc với chất lỏng phóng xạ.

Nhưng ngay cả sau một cuộc hành trình đầy biến động như vậy, Trái đất vẫn chưa hết tác động lên viên kim cương này. Khi ở trong vỏ Trái đất, viên kim cương đã tiếp xúc với chất lỏng phóng xạ, đặc biệt là trong các rãnh ăn mòn hóa chất hiện tại ở dạng các hốc trong phần mặt bàn và phần trên của viên đá. Hình ảnh trong thiết bị DiamondView cho thấy quầng sáng màu lục phát huỳnh quang xung quanh các hốc này (hình 5). Mặc dù những vùng phát quang chỉ có ở xung quanh các hốc này cho thấy chúng có khả năng chứa đầy chất lỏng phóng xạ, nhưng không thấy vệt màu hoặc vệt bức xạ màu lục nhạt, dấu hiệu của khả năng đi kèm bức xạ với cường độ cao hơn.

Phổ phát quang bức xạ (PL) với kích hoạt 532 nm (hình 6) và 455 nm (hình 7) cho thấy các dãy hấp thu tăng cao rõ rệt của các tâm sai hỏng liên quan đến bức xạ như GR1, 3H và TR12 và các đỉnh liên quan đến khuyết mạng tinh thể khác như NV^–, NV⁰, và H4 (tổ hợp B với một tâm sai hỏng bổ sung) trong các hốc này (xem lại hình 6 và 7). Mặc dù viên kim cương này thuộc kiểu IIa, nhưng vẫn có đủ nitrogen – N để hình thành các khuyết mạng tinh thể liên quan có thể được nhìn thấy ở mức độ phát hiện thấp trong phổ PL.

Một số đỉnh hấp thu bất thường thấy trong kim cương thiên nhiên nhưng chưa được xác định, chẳng hạn như ở 490,7; 498 và 505 nm, cũng cho thấy nồng độ cao trong các hốc này; sự hiện diện bổ sung của chúng do bức xạ tự nhiên phù hợp với các quan sát trước đây (I. A. Dobrinets và nhóm nghiên cứu, HPHT–Treated Diamonds: Diamonds Forever, 2013, Springer). Chiều rộng của quầng sáng huỳnh quang trong hình 5 và đỉnh hấp thu tăng cao của GR1 trong hình 6 là khoảng 30 μm, phù hợp với độ sâu thâm nhập của bức xạ alpha (S. Eaton–Magaña và K. S. Moe, “Temperature effects on radiation stains in natural diamonds – Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với vết bức xạ trong kim cương thiên nhiên”, Diamond and Related Materials, Vol. 64, 2016, trang 130–142). Nhóm nghiên cứu biết rằng sự tiếp xúc với chất lỏng phóng xạ này hẳn đã xảy ra trong khu vực phần vỏ Trái đất vì nhiều đặc điểm, chẳng hạn như tâm sai hỏng 3H, sẽ không tồn tại nếu sự phơi nhiễm này xảy ra ở độ sâu lớn hơn và do đó, nhiệt độ cũng cao hơn.

Những tác động cục bộ của bức xạ này đặc biệt thú vị vì lượng phóng xạ đủ thấp để không tạo ra các vệt màu lục hoặc các vết bức xạ từ lục đến nâu. Tuy nhiên, các chất lỏng phóng xạ để lại dấu vết của chúng trên viên kim cương này với các quầng huỳnh quang màu lục xung quanh các hốc, điều này cung cấp một ví dụ tuyệt vời về số lượng đỉnh hấp thu được bổ sung bởi sự bức xạ so với các phần không bị ảnh hưởng ở phần còn lại của viên kim cương. Một điều thú vị nữa là cả các điều kiện địa chất và độ sâu bên trong lòng Trái đất khác nhau một cách rõ ràng đã góp phần tạo nên các đặc điểm ngọc học đặc biệt của viên kim cương này. Các độ sâu khác nhau bên dưới tầng thạch quyển sản sinh ra một số khoáng vật đáng chú ý là bằng chứng về sự hình thành ở tầng rất rất sâu của nó, và các chất lỏng phóng xạ trong tầng nông, lớp vỏ của Trái đất đã tạo ra các quầng sáng phát quang màu lục và các đặc điểm bức xạ khác.

 (Theo Sally Eaton-Magaña và Garrett McElhenny, phần Lab Notes quyển G&G Spring 2020)

Grandidierite Kích Thước Đặc Biệt Lớn

Phòng giám định GIA ở Carlsbad đã nhận được một viên đá từ trong mờ đến bán trong mờ có màu xanh–lục nặng khoảng 763,5 ct và có kích thước 50,32 × 48,15 × 36,17 mm (hình 8). Kiểm tra các chỉ tiêu ngọc học cơ bản cho thấy chỉ số chiết suất từ 1,621 – 1,581, đa sắc từ xanh–lục yếu đến lục, và các vạch hấp thu ở 480 và 490 nm được nhìn thấy trong quang phổ kế cầm tay. Kiểm tra bằng kính hiển vi ngọc học tiêu chuẩn cho thấy đá có rất nhiều mặt nứt, các đám mây hạt mịn và các khoáng vật khác màu trắng nhạt. Các kết quả từ quang phổ Raman, quan sát bằng kính hiển vi và các thông số ngọc học cơ bản đều phù hợp với khoáng vật quý hiếm grandidierite.

Hình 8: Một viên grandidierite trong mờ đến bán trong mờ màu xanh–lục, nặng 763,5 ct. Ảnh chụp bởi Diego Sanchez.

Được đặt theo tên của nhà tự nhiên học người Pháp Alfred Grandidier (1836 – 1912), grandidierite là một khoáng vật rất hiếm được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1902 tại vách đá Andrahomana trên bờ biển phía Nam Madagascar (D. Bruyere và nhóm nghiên cứu, “A new deposit of gem-quality grandidierite in Madagascar”, Fall 2016 G&G, trang 266–275). Khoáng vật này với chất lượng quý và có kích thước đủ lớn để có thể mài giác thì không được nhìn thấy trên thị trường cho đến sau mùa Hè năm 2015 (Gem News International, quyển G&G Winter 2015, trang 449–450). Grandidierite được tìm thấy ở nhiều địa phương khác nhau như là một khoáng vật phụ trong mỏ pegmatite giàu boron – B có chứa aluminium – Al và trong các loại đá chịu sự biến chất ở nhiệt độ cao, áp suất thấp tại địa phương như đới biến chất tiếp xúc aureole và xenolith – thể tù (một lần nữa, xem bài viết của D. Bruyere và nhóm nghiên cứu, 2016). Nó rất hiếm khi đạt đến kích thước lớn, và đây là viên grandidierite lớn nhất mà các chuyên gia ngọc học GIA từng nhìn thấy cho đến nay. (Theo Michaela Stephan, phần Lab Notes quyển G&G Spring 2020)

Thủy Tinh Cải Thiện Độ Sạch Dùng Nhái/Giả Emerald

Phòng giám định GIA ở Carlsbad đã nhận được một viên đá trong suốt, cắt giác tầng, hình bát giác, màu lục để kiểm định. Viên đá này trông giống emerald do có màu lục đậm và các mặt nứt lớn. Tuy nhiên, chỉ số khúc xạ đơn của nó là 1,510 không phù hợp với emerald có chỉ số khúc xạ kép là 1,577 đến 1,583.

Kiểm tra bằng kính hiển vi ngọc học tiêu chuẩn cho thấy không có bao thể tự nhiên. Thay vào đó, nó có các bong bóng khí tròn bên trong cũng như các bọt khí dẹt/phẳng trong các mặt nứt phát triển ra tới bề mặt (hình 9). Viên đá này cũng đã được kiểm tra bằng phổ FTIR và kiểm tra phản ứng dưới tia cực tím UV sóng dài. Khi quan sát dưới tia cực tím sóng dài, các mặt nứt có phát quang màu trắng nhạt trong khi phần thân của viên đá phát quang màu xanh rất yếu. Sự hiện diện của các đặc điểm này đủ để kết luận rằng viên đá đã được cải thiện độ sạch.

Hình 9: Các bọt khí tròn trong khoáng vật chủ và các bọt khí phẳng trong các mặt nứt. Ảnh chụp dưới kính bởi Michaela Stephan; trường quan sát 1,99 mm.

Ngoài ra, các bong bóng khí tròn nằm tách biệt với các mặt nứt, chỉ số chiết suất RI là 1,51 và phổ FTIR của mẫu đá (hình 10) phù hợp với thủy tinh nhân tạo.

Các đặc điểm và các quan sát ngọc học này đã xác định chất liệu này là thủy tinh nhân tạo được xử lý cải thiện độ sạch. Do emerald có giá trị cao nên việc làm giả/nhái nó thường xuất hiện trên thị trường. Những mặt hàng như thế này chứng tỏ sự thận trọng khi mua đá quý là luôn cần thiết.

(Theo Michaela Stephan, phần Lab Notes quyển G&G Spring 2020)