Kivid, mis helendavad UV-valguses: fluoriit, kaltsiit ja miks fluorestsents on nimetatud mineraali järgi

Pimedas toas UV-taskulambi valgusvihus võib roheline fluoriit hakata siniselt helendama, Michiganis Ülemjärve kaldalt leitud veeris aga hõõguma oranžilt [1, 2]. Seda nähtust nimetatakse fluorestsentsiks ning selle nime andis 1852. aastal mineraal: füüsik George Gabriel Stokes tuletas selle fluoriidi tolleaegsest ingliskeelsest nimest fluor-spar [3, 4]. UV-valguses helendavad sageli fluoriit ja kaltsiit, kuid mitte iga proov: inimese silmale nähtav fluorestsents esineb vaid umbes 15% mineraalidest ning ka nende seas ei helenda kõik proovid [1, 6, 10].

Miks fluorestsents on nimetatud fluoriidi järgi

Fluorestsents on helendus, mis tekib siis, kui aine neelab näiteks ultraviolettkiirgust ja annab selle peaaegu kohe valgusena tagasi. See toimub umbes sajamiljondiku sekundi jooksul, mistõttu helendus lõppeb kohe, kui lamp välja lülitatakse [5]. Silmale nähtamatu UV-kiirgus muundub mineraalis nähtavaks valguseks, mille lainepikkus on suurem [6].

Stokes (1819-1903) oli füüsik ja matemaatik ning ta võttis selle sõna kasutusele ulatuslikus uurimuses valguse murdumisvõime muutumise kohta, mis avaldati 1852. aastal Londoni Kuningliku Seltsi ajakirjas Philosophical Transactions [3]. Nähtuse nimetas ta mineraali järgi, mida inglise keeles kutsuti tol ajal fluor-spar ja mida tänapäeval nimetatakse fluoriidiks [4]. Stokes selgitas ise märkuses, et moodustas sõna samamoodi, nagu on mineraali nimest moodustatud sarnane termin “opalescence” [3]. Mindat lisab, et fluoriidil on see efekt sageli väga tugev [1].

Kas teadsite? Fluoriidi järgi on nimetatud ka keemiline element. Mineraali enda nimetas 1797. aastal Carlo Antonio Galeani Napione, tuletades selle ladinakeelsest sõnast fluere (“voolama”), sest fluoriiti kasutati metallide sulatamisel räbustina [1]. Mineraali nimest tuletas 1813. aastal inglise keemik Humphry Davy André Marie Ampère’i soovitusel elemendi fluori nime [4].

Fluorestsents või fosforestsents: miks pimedas helendavad kivid pole tavaliselt looduslikud

Fosforestsents on järelhelendus: aine jätkab helendamist ka siis, kui kiirgusallikas on juba välja lülitatud, ning olenevalt tingimustest võib see kesta sekundi tuhandikust kuni päevade või isegi aastateni [7]. Mõned mineraalid fosforestseeruvad, näiteks kaltsiit, tselestiin, fluoriit, sfaleriit ja villemiit, kuid pärast lambi kustutamist helendavad need vaid lühikest aega [6].

Tunde kestvat järelhelendust tekitavad kunstlikud luminoforid. Näiteks strontsiumaluminaat koos väikese europiumi ja düsproosiumi lisandiga avastati 1990. aastate keskel; pärast laadimist helendab see isegi kümneid tunde ning seda kasutatakse evakuatsioonimärkidel, kellade sihverplaatidel, dekoratiivsetes tähtedes ja mänguasjades [8]. Kui “kivi” helendab pimedas veel kaua pärast valguse kustutamist, on see tõenäoliselt sellise pigmendiga toode, mitte looduslik mineraal. Kuidas veel eristada looduslikku kivi imitatsioonist, lugege artiklist kuidas ehtsat kristalli ära tunda.

Millist UV-valgust valida: pikad ja lühikesed lained

Mineraalide uurimiseks kasutatakse kolme UV-vahemikku: lühilaine (UV-C, 100 kuni 280 nm), keskmine (UV-B, 280 kuni 315 nm) ja pikalaine (UV-A, 315 kuni 400 nm). Näiteks Geology.com kirjeldatud kolmelainelises taskulambis on need 255, 310 ja 365 nm [6]. Odavad “musta valguse” lambid ja paljud UV-taskulambid kiirgavad pikalaine UV-valgust, kuid enamik fluorestseeruvaid mineraale reageerib lühilaine valgusele ning paljud mineraalid helendavad lühilaine ja pikalaine valguses eri värvi [6].

Fluorestsentsi põhjustavad tavaliselt teatud lisandid, mida mineraloogid nimetavad aktivaatoriteks. Seevastu raua või vase lisand võib helendust nõrgendada või täielikult summutada, mistõttu kaks sama mineraali proovi võivad UV-valguses välja näha täiesti erinevad ning mõned ei helenda üldse [6]. Enne katsetamist ei saa kindlalt öelda, kas konkreetne kivi helendab ja mis värvi.

Fluoriit: sinine helendus, millest kõik algas

Mindat kirjutab, et fluoriit helendab pikalaine UV-valguses tavaliselt sinise valgusega, mille põhjustavad kahevalentsed europiumiioonid. Teised värvid annavad teised lisandid: näiteks Mehhiko Mapimi fluoriidid helendavad punaselt ning osa fluoriite ka fosforestseerub [1]. Geology.com kirjeldab tüüpilist tooni sinakasvioletsena nii lühilaine kui ka pikalaine valguses [6].

Fluoriit on pehme, selle kõvadus on Mohsi skaalal 4. Meie entsüklopeedias on märgitud, et paljud proovid helendavad UV-valguses, kuid UV pole kindel viis fluoriidi tuvastamiseks [9]. Mõned fluoriidid muutuvad valguse käes kahvatumaks, seepärast on parem neid mitte hoida päikesepaistelisel aknalaual [1]. Poe fluoriidi kategoorias on rohelise fluoriidi poleeritud kivid, töötlemata vikerkaarefluoriit ja poleeritud fluoriidist tipp.

Kaltsiit ja mangaani kaltsiit: punane helendus mangaanist

Kaltsiit võib UV-valguses helendada punaselt, siniselt, valgelt, roosalt, roheliselt ja oranžilt [6]. Mindat kirjutab, et see võib fluorestseeruda nii pika-, keskmise- kui ka lühilaine UV-valguses, röntgenkiirtes ja isegi päikesevalguses. Sageli on see erepunane helendus lühilaine valguses, mida põhjustab mangaan, näiteks USA Franklinis ja Rootsi Långbanis [10].

Mangaani kaltsiit on kaltsiit, milles on palju mangaani [11]. Kuna mangaan kaltsiidis on tuntud punase helenduse allikas, tasub seda proovida, kuid Mindat kirjeldab eredat punast helendust just lühilaine valguses, mida tavaline taskulamp ei anna. Poe kaltsiidi kategoorias on mangaani kaltsiidi ja meekaltsiidi poleeritud kivid ning oranži kaltsiidi killud.

Aragoniit on sama kaltsiumkarbonaat, kuid teistsuguse kristallvõrega. Pikalaine valguses helendab see sageli kahvaturoosalt, kollaselt, valgelt või sinakalt ning sellel on rohekas või valge järelhelendus [12].

Sodaliit, hakmaniit ja Michigani helendavad veerised

Mindat kirjutab, et sodaliit helendab lühilaine UV-valguses eredalt punakasoranžilt, kuid pikalaine valguses võib olla sinine, valge, roosa, punane või kollane ning sellel võib olla kollakas järelhelendus [13]. Meie entsüklopeedias on märgitud, et UV-lambi valguses on sodaliidil sageli näha oranži fluorestsentsi [9]. Poe sodaliidi kategoorias on poleeritud sodaliidi kivid, killud ja käevõru.

Sodaliidi teisend hakmaniit on nimetatud Soome geoloogi Viktor Axel Hackmani järgi. Sellel esineb tenebrestsents ehk pöörduv värvimuutus: roosa, violetne või sinine hakmaniit muutub päikesevalguses kiiresti värvituks, kuid värvus taastub lühilaine UV-valguses või pimedas. Ka selle fluorestsents võib olla erinevates värvides ning oranži helendust seostab Mindat väävliioonidega [14].

Ühel 2017. aasta juuniööl märkas Erik Rintamaki odava pikalaine UV-taskulambiga Ülemjärve kaldal Michigani Ülemisel poolsaarel kive, mis helendasid eredalt oranžilt või kollaselt. Ta nimetas need yooperliitideks (Yooperlites) ning selgus, et need on fluorestseeruva sodaliidiga süeniidiveerised: see on esimene kontrollitud ja dokumenteeritud sodaliidileid Michigani osariigis. Teadlased arvavad, et need kivimid tekkisid Kanadas ning liustikud tõid need jääajal Michiganisse [2].

Rubiin, seleniit, opaal ja merevaik: mis veel võib helendada

Rubiinile annab punase värvi ja punase fluorestsentsi kroom, kuid suurem rauasisaldus võib selle helenduse summutada. GIA kirjutab, et marmoris tekkinud rubiinid fluorestseeruvad tavaliselt punaselt isegi päikesevalguse ultraviolettosas, mis muudab värvi veelgi erksamaks [15]. Mindat lisab, et helenduse tugevus sõltub kroomi kogusest ning kroomi ja raua suhtest [16]. Ka läbipaistmatus kivimis rubiin fuksiidis on korund, kuid see, kas rubiin helendab, sõltub konkreetsest proovist.

Kips, mille teisend on ka seleniit, fluorestseerub sageli ja mitmel moel: enamasti helesiniselt või kuldkollaselt ning seleniidikristallidel võivad olla liivakella kujulised helendavad alad [17]. Kaubanduses on seleniit sageli kiuline kips ehk satiinšpaat [9]. Poes on seleniidist tooted eraldi kategoorias: lambid, vardad, südamed, obeliskid ja küünlajalad.

Geology.com mainib, et mõnikord fluorestseeruvad ka rubiin, kuntsiit, teemant ja opaal [6]. Mindat kirjeldab opaali helendust kollasest roheliseni ulatuvana ning selle põhjustab uranüül [18].

Ka merevaik võib UV-valguses helendada. GIA ajakirjas Gems & Gemology on kirjeldatud roosikrantsi, mille merevaikhelmed fluorestseerusid pikalaine UV-valguses mõõdukalt kuni tugevalt kriitjalt rohekassiniselt ja kollaselt, bakeliidist helmed aga paistsid pruunid [19]. Samas võivad helendada ka kunstvaigud: ühel teisel juhul fluorestseerus merevaigust osa sinakasvalgelt, kunstvaik aga kollakasroheliselt, ning materjalid tehti kindlaks infrapunaspektroskoopia abil [20].

Mineraali lasuriidi, mis annab lapis lazulile sinise värvi, kirjeldab Mindat kui mittefluorestseeruvat. Kui sinine kivi helendab UV-valguses oranžilt, võib see viidata sodaliidile, mitte lapis lazulile. Kuid mitte iga sodaliit ei helenda ning oranžikaspruun fluorestsents pikalaine valguses võib esineda ka mõnel poolläbipaistval sinisel ja rohelisel sama sodaliidirühma mineraalil, mistõttu see ei ole kindel kontroll [21].

Katse pimedas toas: kuidas seda ohutult teha

Koduseks katseks piisab pikalaine UV-taskulambist (365 nm), pimedast toast ja mõnest kivist. UV-A kiirgus hõlmab lainepikkusi 315 kuni 400 nm ning USA armee rahvatervise keskus hoiatab, et piisavalt intensiivne UV-A ja sinine kiirgus võib kahjustada silma võrkkesta. Keskuse hinnangul ei põhjustaks tema testitud taskulambid tavakasutuses vigastusi, sest ohutuspiir ületataks vaid pikaajalise või korduva kokkupuute korral, ning keskus soovitab mitte suunata valgusvihku teistele näkku [22].

Geology.com hoiatab, et lambisse vaatamine võib tõsiselt kahjustada silmi, UV-valgus nahal võib põhjustada põletust ning iga UV-lambi puhul on soovitatav kasutada kaitseprille. Mineraalilampidega, mis kiirgavad ka lühilainelist UV-valgust, tuleb olla veel ettevaatlikum kui odavate musta valguse lampidega [6]. Enne alustamist järgige mõningaid reegleid:

• Andke taskulamp lapsele ainult täiskasvanu juuresolekul ja leppige kokku, et valgusvihku ei suunata kunagi silmadesse, näole ega lemmikloomadele.
• Valige taskulamp, millel on märgitud 365 nm või UV-A.
• Vaadake kive kõigepealt päevavalguses, seejärel pimendage tuba ja valgustage kive ükshaaval.
• Pange kirja, milline kivi helendab, mis värvi ja kas helendus jätkub pärast taskulambi kustutamist: nii näete erinevust fluorestsentsi ja fosforestsentsi vahel.
• Käsitsege fluoriiti ja kaltsiiti ettevaatlikult, sest nende kõvadus on vaid 4 ja 3 ning neid on lihtne kriimustada [9].

Pärast katset hoidke kive kuivas kohas. Kuidas iga mineraali hooldada, vaadake entsüklopeedia hooldustabelist.

Kus Lätis näha mineraale, mis helendavad UV-valguses

Paljusid helendavaid mineraale saab korraga näha Riias, Läti Rahvuslikus Loodusmuuseumis K. Barona tänaval 4. Ekspositsioonis “Mineraloogia” avati 2020. aastal pärast rekonstrueerimist osa “Luminestsents”, kus UV-valguse lainepikkuse muutudes hakkavad helendama 87 mineraali üle kogu maailma. Seitseteist neist, näiteks villemiidi, kaltsiidi, opaali, aragoniidi ja agreliidi, ostis muuseum spetsiaalselt selle vitriini jaoks [23]. Kokku on ekspositsioonis üle 400 mineraali, sealhulgas proovid Nikolaus von Himseli 18. sajandi kollektsioonist ning külastajad saavad ise määrata mõne mineraali omadusi [24].

Muuseum selgitab, et luminestsentsi kontrollitakse nii pika- kui ka lühilaine UV-valguses, sest mõned mineraalid reageerivad ainult teatud lainepikkusele [23]. Muuseumi andmetel helendavad ka mõned Lätis leiduvad mineraalid ja kivimid: kaltsiit, dolomiit, kips, päevakivi ja kvarts fluorestseeruvad punaselt, oranžilt või kollaselt, merevaik aga helendab roheliselt ja sinakasroheliselt [23]. Lätis leiduvate mineraalide kohta lugege artikleid Kas Lätis leidub kristalle ja vääriskive ning Kipskivi ja seleniit Lätis.

Praegu on muuseum esmaspäeviti ja teisipäeviti suletud, kuid pühade ajal muutub lahtiolekuaeg, seega kontrollige enne külastust muuseumi kodulehelt lahtiolekuaega [25].

Korduma kippuvad küsimused

Millised kivid helendavad UV-valguses?

Fluorestsentsi poolest on tuntud fluoriit, kaltsiit, aragoniit, sodaliit ja selle teisend hakmaniit, kips ehk seleniit ja merevaik ning ka osa rubiine ja opaale. Helendust põhjustavad tavaliselt lisandid, mistõttu sama mineraali erinevad proovid võivad helendada erinevates värvides või üldse mitte helendada.

Milline mineraal helendab UV-valguses: fluoriit või kaltsiit?

Mõlemad võivad helendada. Fluoriit on andnud nime fluorestsentsile endale ja helendab pikalaine UV-valguses tavaliselt siniselt, kaltsiit aga võib helendada punaselt, siniselt, valgelt, roosalt, roheliselt või oranžilt, lühilaine valguses sageli eredalt punaselt. Siiski ei helenda iga proov, sest helendust põhjustavad tavaliselt lisandid.

Kas fluoriit helendab alati UV-valguses?

Ei. Enamasti helendab fluoriit pikalaine UV-valguses sinise valgusega, mille põhjustab europiumilisand, kuid teised lisandid annavad teisi värve ning osa proove ei helenda üldse. Seetõttu ei saa fluoriiti UV-taskulambiga kindlalt määrata.

Kas merevaik helendab UV-valguses?

Võib helendada. Gemmoloogilised laborid on kirjeldanud merevaigu sinakasvalget või kriitjat rohekassinist helendust pikalaine UV-valguses, kuid ka osa kunstvaikudest fluorestseerub, mistõttu saab merevaigu kindlalt tuvastada spektroskoopia abil.

Millist UV-lampi on mineraalide jaoks vaja?

Kodus on kõige mugavam pikalaine UV-A taskulamp lainepikkusega 365 nm. Paljud mineraalid reageerivad rohkem lühilaine UV-C valgusele, kuid sellised lambid on ohtlikumad ja nõuavad suuremat ettevaatust.

Kas UV-taskulamp on silmadele ohtlik?

Pikaajaline või korduv valgusvihku vaatamine võib kahjustada silmi. Ärge kunagi vaadake lampi ega suunake valgusvihku inimestele ega loomadele näkku ning kui kasutate lampi kauem, kandke kaitseprille.

Kuidas erineb fluorestsents fosforestsentsist?

Fluorestsents lõppeb kohe, kui lamp välja lülitatakse. Fosforestsents on järelhelendus, mis kestab veel mõnda aega: looduslikel mineraalidel on see tavaliselt lühike, kuid kunstlikud luminoforid võivad helendada tunde.

Kus Lätis saab näha mineraale, mis helendavad UV-valguses?

Läti Rahvusliku Loodusmuuseumi ekspositsioonis “Mineraloogia” Riias on luminestsentsi osa, kus UV-valguses helendavad 87 mineraali üle kogu maailma. Enne külastust kontrollige muuseumi lahtiolekuaega.

Allikad

1. Mindat.org, Fluorite: www.mindat.org/min-1576.html
2. Rock & Gem Magazine, “Yooperlites: What & Where to Find Them” (2026): www.rockngem.com/yooperlites-appeal-part-1
3. G. G. Stokes, “On the change of refrangibility of light”, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 142 (1852), 463-562: royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rstl.1852.0022
4. Online Etymology Dictionary, fluorescence (ja seotud märksõna fluorine): www.etymonline.com/word/fluorescence
5. Encyclopaedia Britannica, fluorescence: www.britannica.com/science/fluorescence
6. Geology.com, Hobart M. King, “Fluorescent Minerals and Rocks: They Glow under UV Light”: geology.com/articles/fluorescent-minerals
7. Encyclopaedia Britannica, phosphorescence: www.britannica.com/science/phosphorescence
8. ESRF (Euroopa Sünkrotronkiirguse Rajatis), “X-rays reveal the energy storage mechanism of glow-in-the-dark materials” (20.07.2020): www.esrf.fr/home/news/spotlight/content-news/spotlight/spotlight365…
9. FREQUENCIES kivide entsüklopeedia: fluoriit, kaltsiit, sodaliit, seleniit (andmed GIA, Mindat, geology.com järgi): frequencies.lv/enciklopedija
10. Mindat.org, Calcite: www.mindat.org/min-859.html
11. Mindat.org, Manganese-bearing Calcite: www.mindat.org/min-2526.html
12. Mindat.org, Aragonite: www.mindat.org/min-307.html
13. Mindat.org, Sodalite: www.mindat.org/min-3701.html
14. Mindat.org, Hackmanite: www.mindat.org/min-1789.html
15. GIA, Ruby Description: www.gia.edu/ruby-description
16. Mindat.org, Ruby: www.mindat.org/min-3473.html
17. Mindat.org, Gypsum: www.mindat.org/min-1784.html
18. Mindat.org, Opal: www.mindat.org/min-3004.html
19. GIA, Gems & Gemology, Spring 2017, “Plastic amber imitation rosary” (N. A. Ambalathveettil, M. Karam, S. Singbamroong): www.gia.edu/gems-gemology/spring-2017-gemnews-plastic-amber-imitati…
20. GIA, Gems & Gemology, Winter 2013, “Composite amber” (J. Liang jt, NGTC): www.gia.edu/gems-gemology/wn13-gni-composite-amber
21. Mindat.org, Lazurite: www.mindat.org/min-2357.html
22. U.S. Army Public Health Center, “Hazard Alert for Ultraviolet-A Flashlights and Black Lights Used for Inspections”, Fact Sheet 24-014-0815: ph.health.mil/PHC%20Resource%20Library/HazardAlertforUltraviolet-AF…
23. Läti Rahvuslik Loodusmuuseum, portaal LV portāls, “Dabas muzejā košās krāsās iemirdzas pasaules minerāli” (24.02.2020): lvportals.lv/dienaskartiba/313478-dabas-muzeja-kosas-krasas-iemirdz…
24. Läti Rahvuslik Loodusmuuseum, ekspositsioon “Mineraloogia”: www.dabasmuzejs.gov.lv/lv/ekspozicijas/mineralogija
25. Läti Rahvuslik Loodusmuuseum, lahtiolekuajad: www.dabasmuzejs.gov.lv/lv/apmekle/darbalaiks