Кто изучает камни и минералы профессия
Обновлено: 16.05.2024
Татьяна Андреевна Гвозденко — геммолог-аналитик геммолого-минералогической лаборатории Государственного геологического музея им. В. И. Вернадского РАН (ГГМ РАН). Область научных интересов — минералогия, геммология.
Екатерина Игоревна Герасимова — кандидат геолого-минералогических наук, заведующая геммолого-минералогической лабораторией этого музея. Круг научных интересов охватывает вопросы минералогии и геммологии.
Геммология — наука о самоцветах (ювелирных камнях) — начала формироваться в первой половине ХХ в. Безусловно, красивые, яркие и редкие минералы и раньше привлекали внимание людей, но к необходимости их детального (в том числе и аналитического) изучения исследователи пришли относительно недавно.
Большинство ученых придерживаются мнения, что геммологию необходимо рассматривать исключительно в качестве прикладного направления минералогии, а не как самостоятельную научную дисциплину. Предметом изучения геммологии служат ювелирные камни — минералы, ряд органогенных образований (янтарь, жемчуг, кораллы, кость и др.), а также синтетические (имеющие природные аналоги) и искусственные (не имеющие природных аналогов) соединения, выращенные в лабораторных условиях под полным контролем человека (рис. 1). Исследование ювелирных камней тесно связано с другими геологическими дисциплинами — минералогией, кристаллографией, геохимией, геологией месторождений полезных ископаемых, без знания, понимания и применения которых роль геммологии сводится к минимуму.
Рис. 1. Ювелирные камни: 1 — аквамарин, 2 — аметист, 3 — танзанит, 4 — апатит, 5 — морганит, 6 — изумруд, 7 — синтетический желтый сапфир, 8 — аметист, 9 — сапфир, 10 — рубин, 11 — сфен, 12 — рубин, 13 — топаз, 14 — аметист. Фото Т. А. Гвозденко
История возникновения и развития
В России у истоков исследования самоцветов стояли академик В. М. Севергин (1765–1826), писатель, краевед М. И. Пыляев (1842–1899), а также академик А. Е. Ферсман (1883–1945), внесшие огромный вклад в становление и развитие отечественной геммологии.
В начале XX в., параллельно с созданием исследовательских институтов, постепенно начала развиваться приборная база для изучения и диагностики самоцветов. Были изобретены рефрактометр для определения показателя преломления минералов (Г. Смит, 1905), эндоскоп для диагностики жемчуга (К. Чиловски и А. Перрин, 1920-е годы), полярископ для изучения оптических свойств камней, геммологический микроскоп для диагностики самоцветов и детального изучения включений (Р. Шипли и Р. Шипли мл., 1930-е годы), фильтр Челси для выявления имитаций драгоценных камней, а также был разработан метод определения удельного веса камней с применением тяжелых жидкостей (Б. Андерсон с коллегами, 1930-е годы) [3].
Рис. 2. Минералы — природные пигменты: слева — лазурит 20×17×16 см; справа — малахит 19,5×18×5 см. Собрание ГГМ РАН
В конце XIX в. — начале XX в. начали проводиться опыты по синтезу самоцветов (создание в лабораторных условиях под контролем человека ювелирных камней с химическими и физическими свойствами, схожими со свойствами их природных аналогов). Так, в 1902 г. французский химик О. Вернейль обнародовал успешные результаты синтеза корундов. Полученные им минералы впервые нашли широкое применение в промышленных масштабах. Метод основан на плавлении оксида алюминия с примесями оксидов металлов (хрома, титана, железа, никеля, ванадия) в огне кислородно-водородной горелки. До Вернейля опыты по синтезу ювелирных камней проводили: французские химики М. Годен (1837), Ж.-Ж. Эбельман (1851), Э. Фреми и Ш. Фейль (1877), П. Отфель и А. Перре (1888), шотландский химик Д. Хэнней (1880) и др. Хэнней, как считается, первым синтезировал алмаз [4].
Начиная с 50-х годов прошлого века ученые (в особенности, швейцарский профессор Э. Гюбелин — один из основоположников современной геммологии) стали активно заниматься исследованием происхождения драгоценных камней [8]. В течение более полувека накапливались данные (в основном о сапфирах, рубинах и изумрудах) из разных месторождений по всему миру.
Вопрос происхождения различных драгоценных камней — весьма сложный и нередко спорный. Часто полученных в ходе исследования данных бывает недостаточно для однозначного определения региона, из которого происходит данный минерал [9]. А эта информация весьма существенно влияет на стоимость драгоценного камня. Собранный фактический и аналитический материал позволяет нынешним специалистам геммологических лабораторий определять принадлежность драгоценного камня к конкретному месторождению с весьма высокой точностью.
Современный вид геммология начала приобретать во второй половине XX в. — с изобретением точных методов исследования минерального вещества (спектроскопии, тонких методов анализа химического состава), а также существенно усовершенствованной микроскопии.
Современный подход к решению проблем
За более чем столетнюю историю развития геммология претерпела значительные изменения, пройдя путь от простейшей диагностики камня с помощью лупы, рефрактометра и полярископа (традиционных геммологических методов) до использования сложных инструментальных исследований минерального вещества.
Среди основных задач, решаемых геммологией сегодня, следует отметить: определение минерального вида и разновидности ювелирного камня, определение его генезиса, выявление облагораживания, установление географической привязки с точностью до месторождения.
Последние три пункта можно считать основными задачами геммологии XXI в. Их успешное решение зависит не только от опыта геммолога, который должен иметь глубокие фундаментальные знания в области минералогии, но и от умения интерпретировать данные, полученные с помощью современного оборудования.
Сейчас в отечественных и зарубежных геммологических лабораториях используются высокотехнологические приборы, позволяющие решать самые сложные задачи. Среди современных методов исследования наибольшее распространение получили спектрометрические методы: оптическая и инфракрасная спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеивания (рамановская), а также тонкие методы определения химического состава: рентгенофлуоресцентный и масс-спектрометрический анализ с индуктивно связанной плазмой и с лазерной абляцией (LA-ICP-MS), электронно-зондовый микроанализ, а также энергодисперсионная рентгеновская флуоресценция. На сегодняшний день среди методов определения химического состава одним из самых высокоточных и оптимальных считается LA-ICP-MS, позволяющий определять содержание практически всех химических элементов с пределом обнаружения до миллионных (ppm) и даже миллиардных частей (ppb) [10]. В некоторых случаях применяются и другие инструментальные методы исследования — фотолюминесцентная спектроскопия, катодолюминесценция, электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), лазерно-искровая эмиссионная спектрометрия (LIBS) и масс-спектрометрия вторичных ионов (SIMS) [10].
Как правило, для получения наиболее достоверных результатов используют несколько методов одновременно. Так, например, для определения происхождения (месторождения) сапфиров в комплексе используются микроскопия, оптическая спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеивания (идентификация включений в сапфире), а также масс-спектрометрия [11]. Анализ результатов таких исследований позволяет получить полную картину происхождения образца.
Стоит отметить, что вышеперечисленные методы были лишь адаптированы под геммологические задачи, а не разработаны специально для их решения. Использование разрушающих методов изучения в геммологии недопустимо, так как иногда стоимость исследуемых образцов превышает десятки и сотни тысяч долларов.
С появлением и развитием спектрометрии и методов определения тонкого химического состава вещества возможности геммологии значительно расширились. Использование современных аналитических методов позволяет решать ключевые задачи геммологии, в то время как традиционные методики оказываются бессильны.
С появлением (и постоянным увеличением количества) синтетических алмазов на ювелирном рынке приборная диагностика бриллиантов стала необходима и чрезвычайна важна. Синтетические алмазы дешевле природных на 20–30%. Зачастую мастера используют природные и синтетические бриллианты в одном ювелирном изделии одновременно (см. рис. 4). В определении происхождения бриллиантов на помощь экспертам приходит ИК-спектроскопия. Сегодня, хорошо оснащенные лаборатории довольно легко справляются с этой задачей. На рис. 5 приведен пример ИК-спектра природного бриллианта (типа IaA согласно общепринятой физической классификации алмазов). В спектре хорошо видна основная диагностическая полоса 1282 см −1 (А-центр, представляющий собой пару атомов азота в соседних узлах кристаллической решетки алмаза) [12]. На спектре присутствует и полоса поглощения 3107 см −1 , которая свидетельствует о примеси водорода, что также говорит о природном происхождении образца [13].
Рис. 5. Пример ИК-спектра природного бриллианта типа IaA. Присутствие полос 1282 см −1 и 3107 см −1 подтверждает природное происхождение образца. Внизу — работа геммолога-аналитика с ИК-спектрометром. Фото С. В. Степановой
При формировании стоимости ювелирных камней особую роль играет страна происхождения или конкретное месторождение. В качестве примера можно привести турмалин параиба — это одна из самых востребованных сегодня на рынке разновидностей турмалина (рис. 6). Стоимость неоново-голубого минерала может отличаться в несколько раз. Решающий фактор — месторождение ювелирного камня (в Бразилии, Нигерии или Мозамбике), определить которое возможно при помощи оптической спектроскопии по содержанию меди в самоцвете [14].
Рис. 6. Образцы бразильского турмалина параиба — одной из самых востребованных на рынке его разновидностей. Диаметр верхнего левого образца 7 мм. Фото Е. И. Герасимовой
Как мы видим, успешное развитие геммологии неразрывно связано с комплексным использованием традиционных и современных инструментальных методов исследования ювелирных камней, накоплением представительной аналитической базы, а также с одной из самых важных составляющих — грамотной интерпретацией получаемых данных высокопрофессиональными специалистами.
Изучением горных пород и минералов занимается минералогия — древнейшая наука о камнях, основы которой заложили ученые и философы Древней Греции. В самостоятельное направление учение выделили ее лишь в XVIII в. Позже выяснилось, что все вопросы, связанные с изучением камней просто невозможно уместить в рамках одного раздела. Поэтому из минералогии возникли смежные направления, ставшие вскоре самостоятельными отраслями науки.
- Виды и особенности минералогии
- Наука о драгоценных камнях и профессия геммолог
- Драгоценные и ювелирные камни с точки зрения геммологии
- Свойства камней, которые исследует геммология
- Оптические свойства драгоценностей
Виды и особенности минералогии
Изучением минералов и их свойств начали заниматься философы Древней Греции. Правда в то время, большее внимание уделялось не физическим свойствам, химическому составу и практическому пользе самородков, а мистической стороне вопроса.
У современного человека вызовет улыбку научный трактат, посвященный драгоценным камням, рассказывающий о том, польются ли слезы из змеиных глаз, если подержать перед ними изумруд. А между тем, столетия назад этому и подобным вопросам уделялось большое внимание. И к описанию магических свойств камней относились очень серьезно.
Учение о камнях и минералах начало развитие как научное направление в XV веке. И через три столетия выделилось в отдельное направление. Большой вклад в это учение внесли немецкие и российские ученые. К одним из таких людей относится М.В. Севергин, последователь М.В. Ломоносова.
Кстати, исследователи называют объекты своей деятельности минералами и горными породами, а не камнями.
В разных сферах деятельности в это понятие вкладывается свой смысл. Ведь камень, который используют в строительстве и для изготовления украшений — две совершенно разные вещи.
Вскоре из минералогии выделили отдельные направления:
-
Собственно минералогия занимается изучением твердых компонентов земной коры (минералов). Исследуется их свойства и состав, структура, условия образования. В настоящее время выявлено более 3 тысяч разновидностей. И список постоянно пополняется.
Наука о драгоценных камнях и профессия геммолог
Геммология — наука о драгоценных камнях. В отдельную отрасль выделилась в конце XIX века. Потребность в таком учении появилась из-за активного производства искусственных образцов и подделок.
С развитием технологий, отличить искусственный камень от природного стало очень трудно, поэтому одна из главных функций геммологии — диагностическая.
Исследования геммологов направлены на изучение:
Геммологи уделяют пристальное внимание и имитациям. Именно эти специалисты могут отличить, какой драгоценный камень использовался для изготовления украшения — натуральный или синтетический.
В задачи геммологии входит диагностика и описание самоцветов, выявление их важнейших характеристик и определения практического значения.
Перспективными направлениями развития науки является исследование свойств синтетических аналогов, поиск способов их распознавания, оптимизация процессов обработки драгоценных образцов.
Профессия геммолога очень ответственная и кропотливая, но в то же время интересная. Специалист занимается:
- оценкой;
- определением;
- сертификацией минералов.
В обязанности геммолога входит работа с документами, сортировка минералов, оценка камней в ювелирных украшениях. Эта профессия достаточно редкая, но востребованная. Человек, решивший посвятить жизнь работе с самоцветами, должен иметь хорошее зрение и цветовосприятие, быть ответственным и усидчивым. Получить такую профессию можно, поступив на факультет геологии.
Драгоценные и ювелирные камни с точки зрения геммологии
Развитие геммологии положило начало классификации ценных минералов. Хотя сразу стоит оговориться, что и сейчас нет единого определения понятия драгоценный камень.
Чаще всего так называют редкие и красивые образцы (или их сочетания) с высокой твердостью. Твердость — одна из главных характеристик, которая означает, что камень не подвержен истиранию, механическим повреждениям. Такие минералы практически не подвластны времени.
Если твердость минерала более-менее постоянный параметр, то красота — понятие относительное. На протяжении всей истории представления о ней менялись. Причем иногда коренным образом. Это привело к тому, что минералы, считавшиеся когда-то драгоценными, сейчас практически забыты. А невзрачные, с точки зрения древних людей, теперь могут так именоваться.
Часто встречается термин полудрагоценный камень. Это название не совсем корректное с научной точки зрения, но широко распространено в торговле и среди обывателей. В общем виде, так называют менее ценные и твердые породы.
Ювелирные или поделочные — это скорее собирательное название всех минералов для украшений. Хотя часто так называют недорогие самородки. В отличие от самоцветов, их часто используют в декоративно-прикладном или камнерезном искусстве.
Попытки классифицировать минералы предпринимались неоднократно. В каждый период истории подходы к систематизации отличались. Часто в их основе лежало ранжирование по стоимости. Жаркие споры о том, какие минералы считать драгоценными, а какие нет, не умолкали долго.
Единственное, в чем мнения ученых сходились всегда, это то, что самые ценные самородки — это:
- алмаз;
- изумруд;
- рубин;
- сапфир (синий).
Сейчас существует немало классификаций. В их основе лежит распределение минералов по группам, исходя из степени их прочности, твердости, состава, способа образования. Некоторые из них были разработаны больше ста лет назад, но актуальны до сих пор. Правда, из-за открытия новых минералов и соединений, периодически дополняются.
Но по утверждению автора, четких границ между классами нет. Иногда драгоценный минерал, принадлежащий к первому порядку, оценивается ниже полудрагоценного камня II-го класса из-за различных дефектов. Хотя, нередки случаи, когда искусная обработка, шлифовка или огранка кристалла, превращали дефект минерала в достоинство.
Свойства камней, которые исследует геммология
За всю историю развития науки о камнях было выявлено и определено в отдельные группы более 3 тыс. минералов. Многие, из которых, имея схожие внешние характеристики и даже строение, все-таки принадлежат к разным классам.
Непрофессионалу выявить различия между похожими друг на друга драгоценными камнями очень трудно. Геммологам это под силу. Диагностика проводится с помощью специального оборудования в лабораторных условиях.
Основными характеристиками драгоценных, полудрагоценных и поделочных камней выступают:
Оптические свойства драгоценностей
Большую роль в изучении камней играют и оптические свойства драгоценных камней. Многим имитациям или синтетическим кристаллам не присущи такие характеристики как люминесценция, блеск и некоторые другие. Среди оптических свойств, основными можно назвать:
Цвет. Вариативность окраски многих камней разнообразна, поэтому цвет не всегда является диагностическим признаком. Даже алмаз может быть как бесцветным, так и желтоватым или черным. Цвет зависит от различных примесей химических веществ в составе, источника освещения. Например, сапфир при естественном освещении выглядит эффектнее, чем при искусственном.
Очень интересны присущие многим самоцветам оптические эффекты, проявляющиеся после шлифовки:
Конечно, все вышеперечисленные свойства, которые изучает наука о камнях, далеко не единственные.
Но они являются базовыми при изучении того или иного минерала. Наука о камнях, минералогия, и ее более узкая отрасль, геммология, — одни из древнейших учений. Описанием драгоценных камней и их свойств посвящали свои труды философы и великие мыслители Древней Эллады и Рима, ученые Средневековья и наших дней.
За тысячи лет изменились методы, позволяющие различать минералы, критерии, определяющие их ценность. Неизменным осталось лишь одно — как и много столетий назад, самоцветы продолжают поражать человеческое воображение своей красотой и магической силой.
Читайте также: