Akmenys, kurie švyti UV šviesoje: fluoritas, kalcitas ir kodėl fluorescencija pavadinta mineralo vardu

Tamsiame kambaryje UV žibintuvėlio šviesoje žalias fluoritas gali sužibėti mėlyna spalva, o akmenukas nuo Aukštutinio ežero kranto Mičigane ima švytėti oranžine šviesa [1, 2]. Šis reiškinys vadinamas fluorescencija, o pavadinimą jam 1852 m. suteikė mineralas: fizikas Džordžas Gabrielius Stoksas jį sudarė iš tuometinio angliško fluorito pavadinimo fluor-spar [3, 4]. UV šviesoje dažnai švyti fluoritas ir kalcitas, tačiau ne kiekvienas jų pavyzdys: žmogaus akiai matoma fluorescencija būdinga tik maždaug 15 % mineralų, ir net tarp jų dalis pavyzdžių nešvyti [1, 6, 10].

Kodėl fluorescencija pavadinta fluorito vardu

Fluorescencija yra švytėjimas, atsirandantis, kai medžiaga sugeria, pavyzdžiui, ultravioletinę spinduliuotę ir beveik iš karto ją išspinduliuoja kaip šviesą. Tai įvyksta maždaug per šimtamilijoninę sekundės dalį, todėl švytėjimas baigiasi tą pačią akimirką, kai išjungiama lempa [5]. Akiai nematoma UV spinduliuotė minerale virsta ilgesnės bangos matoma šviesa [6].

Stoksas (1819-1903) buvo fizikas ir matematikas, o terminą jis įvedė plačiame tyrime apie šviesos laužiamumo kitimą, kurį 1852 m. paskelbė Londono karališkosios draugijos žurnalas Philosophical Transactions [3]. Reiškinį jis pavadino pagal mineralą, kuris tuomet angliškai vadintas fluor-spar, o šiandien vadinamas fluoritu [4]. Pats Stoksas pastaboje paaiškino, kad žodį sudarė taip pat, kaip iš mineralo pavadinimo sudarytas panašus terminas „opalescencija“ [3]. Mindat priduria, kad fluorito šis efektas dažnai būna labai ryškus [1].

Ar žinojote? Fluorito vardu pavadintas ir cheminis elementas. Patį mineralą 1797 m. pavadino Carlo Antonio Galeani Napione, kildindamas pavadinimą iš lotyniško žodžio fluere („tekėti“), nes fluoritas buvo naudojamas kaip lydiklis lydant metalus [1]. Iš mineralo pavadinimo 1813 m. anglų chemikas Hamfris Deivis Andrė Mari Ampero siūlymu sudarė elemento fluoro pavadinimą [4].

Fluorescencija ar fosforescencija: kodėl tamsoje švytintys akmenukai dažniausiai nėra natūralūs

Fosforescencija yra pošvytis: medžiaga toliau švyti ir tada, kai spinduliuotės šaltinis jau išjungtas, o pošvytis, nelygu sąlygos, gali trukti nuo tūkstantosios sekundės dalies iki dienų ar net metų [7]. Kai kurie mineralai fosforescuoja, pavyzdžiui, kalcitas, celestinas, fluoritas, sfaleritas ir vilemitas, tačiau išjungus lempą jie švyti tik trumpai [6].

Ištisas valandas trunkantį pošvytį sukuria dirbtiniai luminoforai. Pavyzdžiui, stroncio aluminatas su nedideliu europio ir disprozio priedu buvo atrastas 1990-ųjų viduryje; įkrautas jis švyti net dešimtis valandų ir naudojamas evakuacijos ženkluose, laikrodžių ciferblatuose, dekoratyvinėse žvaigždutėse ir žaisluose [8]. Jei „akmuo“ tamsoje švyti dar ilgai išjungus šviesą, greičiausiai tai gaminys su tokiu pigmentu, o ne natūralus mineralas. Kaip dar atskirti natūralų akmenį nuo imitacijos, skaitykite straipsnyje kaip atpažinti tikrą kristalą.

Kokią UV šviesą pasirinkti: ilgosios ir trumposios bangos

Mineralams tirti naudojami trys UV diapazonai: trumposios bangos (UV-C, nuo 100 iki 280 nm), vidutinės (UV-B, nuo 280 iki 315 nm) ir ilgosios bangos (UV-A, nuo 315 iki 400 nm). Pavyzdžiui, Geology.com aprašytame trijų bangų ilgių žibintuvėlyje tai 255, 310 ir 365 nm [6]. Pigios „juodosios šviesos“ lempos ir daugelis UV žibintuvėlių skleidžia ilgųjų bangų UV šviesą, tačiau dauguma fluorescuojančių mineralų reaguoja į trumpąsias bangas, o daugelis mineralų trumpųjų ir ilgųjų bangų šviesoje švyti skirtingomis spalvomis [6].

Fluorescenciją dažniausiai sukelia tam tikros priemaišos, kurias mineralogai vadina aktyvatoriais. O geležies ar vario priemaišos švytėjimą gali susilpninti ar visiškai nuslopinti, todėl du to paties mineralo pavyzdžiai UV šviesoje gali atrodyti visiškai skirtingai, o kai kurie visai nešvyti [6]. Iš anksto negalima pasakyti, ar konkretus akmuo švytės ir kokia spalva.

Fluoritas: mėlynas švytėjimas, nuo kurio viskas prasidėjo

Mindat rašo, kad fluoritas ilgųjų bangų UV šviesoje dažniausiai švyti mėlyna spalva, kurią sukelia dvivalenčio europio jonai. Kitos spalvos atsiranda dėl kitų priemaišų: pavyzdžiui, fluoritai iš Mapimí (Meksika) švyti raudonai, o dalis fluoritų dar ir fosforescuoja [1]. Geology.com tipinį atspalvį apibūdina kaip melsvai violetinį tiek trumpųjų, tiek ilgųjų bangų šviesoje [6].

Fluoritas yra minkštas, jo kietumas pagal Moso skalę yra 4. Mūsų enciklopedijoje nurodyta, kad daugelis pavyzdžių švyti UV šviesoje, tačiau UV nėra patikimas fluorito atpažinimo būdas [9]. Kai kurie fluoritai šviesoje išbąla, todėl jų geriau nelaikyti saulėtoje palangėje [1]. Parduotuvės fluorito kategorijoje yra poliruoti žaliojo fluorito akmenys, neapdorotas vaivorykštinis fluoritas ir poliruotas fluorito smaigalys.

Kalcitas ir mangano kalcitas: raudonas švytėjimas dėl mangano

Kalcitas UV šviesoje gali švyti raudona, mėlyna, balta, rožine, žalia ar oranžine spalva [6]. Mindat rašo, kad jis gali fluorescuoti ilgųjų, vidutinių ir trumpųjų bangų UV šviesoje, veikiamas rentgeno spindulių ir net saulės šviesoje. Dažnai tai ryškus raudonas švytėjimas trumpųjų bangų šviesoje, kurį sukelia manganas, pavyzdžiui, Frankline (JAV) ir Långbane (Švedija) [10].

Mangano kalcitas yra kalcitas su dideliu mangano kiekiu [11]. Kadangi manganas kalcite yra žinomas raudono švytėjimo šaltinis, verta jį patikrinti, tačiau ryškų raudoną švytėjimą Mindat aprašo būtent trumpųjų bangų šviesoje, kurios paprastas žibintuvėlis neskleidžia. Parduotuvės kalcito kategorijoje yra mangano kalcito ir medaus kalcito poliruoti akmenys, taip pat oranžinio kalcito skaldelės.

Aragonitas yra tas pats kalcio karbonatas, tik kitokios kristalinės gardelės. Ilgųjų bangų šviesoje jis neretai švyti blyškiai rožine, geltona, balta ar melsva spalva su žalsvu ar baltu pošvyčiu [12].

Sodalitas, hakmanitas ir Mičigano švytintys akmenukai

Mindat rašo, kad sodalitas trumpųjų bangų UV šviesoje švyti ryškia raudonai oranžine spalva, o ilgųjų bangų šviesoje gali švytėti mėlynai, baltai, rožiškai, raudonai ar geltonai ir turėti gelsvą pošvytį [13]. Mūsų enciklopedijoje pažymėta, kad UV lempos šviesoje sodalitas dažnai fluorescuoja oranžine spalva [9]. Parduotuvės sodalito kategorijoje yra poliruoti sodalito akmenys, skaldelės ir apyrankė.

Sodalito atmaina hakmanitas pavadintas suomių geologo Victoro Axelio Hackmano vardu. Jam būdinga tenebrescencija, arba grįžtamasis spalvos kitimas: rožinis, violetinis ar mėlynas hakmanitas saulės šviesoje greitai tampa bespalvis, o spalva grįžta trumpųjų bangų UV šviesoje arba tamsoje. Jo fluorescencija taip pat gali būti įvairių spalvų, o oranžinį švytėjimą Mindat sieja su sieros jonais [14].

Vieną 2017 m. birželio naktį Erikas Rintamaki su pigiu ilgųjų bangų UV žibintuvėliu Aukštutinio ežero krante, Aukštutiniame Mičigano pusiasalyje, pastebėjo akmenis, kurie švytėjo ryškiai oranžine arba geltona spalva. Jis juos pavadino jūperlitais (Yooperlites), ir paaiškėjo, kad tai sienito akmenukai su fluorescuojančiu sodalitu, o tai pirmasis patikrintas ir dokumentuotas sodalito radinys Mičigano valstijoje. Mokslininkai mano, kad šios uolienos susiformavo Kanadoje, o į Mičiganą jas ledynmečiu atnešė ledynai [2].

Rubinas, selenitas, opalas ir gintaras: kas dar gali švyti

Rubinui raudoną spalvą ir raudoną fluorescenciją suteikia chromas, tačiau didesnis geležies kiekis šį švytėjimą gali slopinti. GIA rašo, kad marmure susidarę rubinai dažniausiai raudonai fluorescuoja net veikiami ultravioletinės saulės šviesos dalies, todėl jų spalva atrodo dar ryškesnė [15]. Mindat priduria, kad švytėjimo stiprumas priklauso nuo chromo kiekio ir chromo bei geležies santykio [16]. Korundo yra ir nepermatomame rubine fuksite, tačiau ar rubinas švytės, priklauso nuo konkretaus pavyzdžio.

Gipsas, kurio atmaina yra ir selenitas, dažnai ir įvairiai fluorescuoja: dažniausiai šviesiai mėlyna arba auksiškai geltona spalva, o selenito kristaluose gali būti smėlio laikrodžio formos švytinčios zonos [17]. Prekyboje selenitas dažnai būna pluoštinis gipsas, dar vadinamas satino špatu [9]. Parduotuvėje selenito gaminiai yra atskiroje kategorijoje: lempos, strypai, širdelės, obeliskai ir žvakidės.

Geology.com mini, kad kartais fluorescuoja ir rubinas, kunzitas, deimantas bei opalas [6]. Mindat opalo švytėjimą apibūdina kaip nuo geltono iki žalio, o jį sukelia uranilas [18].

Gintaras UV šviesoje taip pat gali švyti. GIA žurnale Gems & Gemology aprašytas rožančius, kurio gintaro karoliukai ilgųjų bangų UV šviesoje nuo vidutinio iki stipraus intensyvumo fluorescavo kreidiškai žalsvai mėlyna ir geltona spalva, o bakelito karoliukai atrodė rudi [19]. Vis dėlto ir dirbtinės dervos gali švyti: kitu atveju gintaro dalis fluorescavo melsvai balta, o dirbtinė derva geltonai žalia spalva, ir medžiagos buvo patikimai nustatytos infraraudonųjų spindulių spektroskopija [20].

Mineralą lazuritą, kuris lapis lazuli suteikia mėlyną spalvą, Mindat apibūdina kaip nefluorescuojantį. Jei mėlynas akmuo UV šviesoje švyti oranžine spalva, tai gali rodyti, kad tai sodalitas, o ne lapis lazuli. Tačiau ne kiekvienas sodalitas švyti, o oranžiškai ruda fluorescencija ilgųjų bangų šviesoje pasitaiko ir kai kurių pusiau permatomų mėlynų ir žalių tos pačios sodalito grupės mineralų, todėl tai nėra patikimas patikrinimo būdas [21].

Eksperimentas tamsiame kambaryje: kaip jį atlikti saugiai

Eksperimentui namuose pakanka ilgųjų bangų UV žibintuvėlio (365 nm), tamsaus kambario ir kelių akmenų. UV-A spinduliuotė apima bangos ilgius nuo 315 iki 400 nm, o JAV armijos Visuomenės sveikatos centras perspėja, kad pakankamai intensyvi UV-A ir mėlyna spinduliuotė gali pažeisti akies tinklainę. Centro vertinimu, jo patikrinti žibintuvėliai, naudojami įprastai, žalos nepadarytų, nes saugos ribos būtų viršytos tik esant ilgalaikiam ar daug kartų pasikartojančiam poveikiui, ir centras rekomenduoja nešviesti spinduliu kitiems į veidą [22].

Geology.com perspėja, kad žiūrėjimas į lempą gali rimtai pažeisti akis, UV šviesa ant odos gali sukelti nudegimą, o naudojant bet kokią UV lempą rekomenduojama dėvėti apsauginius akinius. Su mineralų lempomis, kurios skleidžia ir trumpąsias bangas, reikia elgtis dar atsargiau nei su pigiomis juodosios šviesos lempomis [6]. Prieš pradėdami laikykitės kelių taisyklių:

• Žibintuvėlį vaikui duokite tik suaugusiojo priežiūroje ir susitarkite, kad spindulys niekada nebūtų nukreiptas į akis, veidą ar augintinius.
• Pasirinkite žibintuvėlį, ant kurio nurodyta 365 nm arba UV-A.
• Pirmiausia apžiūrėkite akmenis dienos šviesoje, tada užtemdykite kambarį ir apšvieskite kiekvieną akmenį paeiliui.
• Užsirašykite, kuris akmuo švyti, kokia spalva ir ar švytėjimas tęsiasi išjungus žibintuvėlį: taip pamatysite skirtumą tarp fluorescencijos ir fosforescencijos.
• Su fluoritu ir kalcitu elkitės atsargiai, nes jų kietumas yra tik 4 ir 3, todėl juos lengva subraižyti [9].

Po eksperimento akmenis laikykite sausoje vietoje. Kaip prižiūrėti kiekvieną mineralą, žiūrėkite enciklopedijos priežiūros lentelėje.

Kur Latvijoje pamatyti mineralus, kurie švyti UV šviesoje

Daug švytinčių mineralų vienoje vietoje galima pamatyti Rygoje, Latvijos nacionaliniame gamtos muziejuje, K. Barona g. 4. Ekspozicijoje „Mineralogija“ 2020 m. po rekonstrukcijos atidarytas skyrius „Liuminescencija“, kuriame, keičiantis ultravioletinės šviesos bangos ilgiui, sušvinta 87 mineralai iš viso pasaulio. Septyniolika iš jų, pavyzdžiui, vilemitą, kalcitą, opalą, aragonitą ir agrelitą, muziejus įsigijo specialiai šiai vitrinai [23]. Iš viso ekspozicijoje yra daugiau nei 400 mineralų, įskaitant pavyzdžius iš Nikolauso von Himselio XVIII a. kolekcijos, o lankytojai gali patys nustatyti kai kurias mineralų savybes [24].

Muziejus paaiškina, kad liuminescencija tikrinama tiek ilgųjų, tiek trumpųjų bangų UV šviesoje, nes kai kurie mineralai reaguoja tik į tam tikrą bangos ilgį [23]. Muziejaus duomenimis, švytėjimas būdingas ir kai kuriems Latvijoje randamiems mineralams ir uolienoms: kalcitas, dolomitas, gipsas, lauko špatas ir kvarcas fluorescuoja raudona, oranžine ar geltona spalva, o gintaras švyti žalia ir melsvai žalia spalva [23]. Apie Latvijoje randamus mineralus skaitykite straipsniuose Ar Latvijoje yra kristalų ir brangakmenių ir Gipsas ir selenitas Latvijoje.

Šiuo metu muziejus pirmadieniais ir antradieniais nedirba, o švenčių dienomis darbo laikas keičiasi, todėl prieš apsilankydami patikrinkite darbo laiką muziejaus svetainėje [25].

Dažniausiai užduodami klausimai

Kokie akmenys švyti UV šviesoje?

Fluorescencija pasižymi fluoritas, kalcitas, aragonitas, sodalitas ir jo atmaina hakmanitas, gipsas, arba selenitas, ir gintaras, taip pat dalis rubinų ir opalų. Švytėjimą dažniausiai sukelia priemaišos, todėl skirtingi to paties mineralo pavyzdžiai gali švyti skirtingomis spalvomis arba visai nešvyti.

Kuris mineralas švyti UV šviesoje: fluoritas ar kalcitas?

Gali švyti abu. Fluoritas davė pavadinimą pačiai fluorescencijai ir ilgųjų bangų UV šviesoje dažniausiai švyti mėlyna spalva, o kalcitas gali švyti raudona, mėlyna, balta, rožine, žalia ar oranžine spalva, trumpųjų bangų šviesoje dažnai ryškiai raudona. Tačiau ne kiekvienas pavyzdys švyti, nes švytėjimą dažniausiai sukelia priemaišos.

Ar fluoritas visada švyti UV šviesoje?

Ne. Dažniausiai fluoritas ilgųjų bangų UV šviesoje švyti mėlyna spalva, kurią sukelia europio priemaiša, tačiau kitos priemaišos suteikia kitas spalvas, o dalis pavyzdžių nešvyti. Todėl UV žibintuvėliu fluorito patikimai atpažinti negalima.

Ar gintaras švyti UV šviesoje?

Gali švyti. Gemologijos laboratorijos aprašė melsvai baltą ar kreidiškai žalsvai mėlyną gintaro švytėjimą ilgųjų bangų UV šviesoje, tačiau ir dalis dirbtinių dervų fluorescuoja, todėl gintaras patikimai nustatomas spektroskopija.

Kokia UV lempa reikalinga mineralams?

Namuose patogiausias yra 365 nm ilgųjų bangų UV-A žibintuvėlis. Daugelis mineralų labiau reaguoja į trumpųjų bangų UV-C šviesą, tačiau tokios lempos yra pavojingesnės ir reikalauja didesnio atsargumo.

Ar UV žibintuvėlis pavojingas akims?

Ilgalaikis ar pakartotinis žiūrėjimas į spindulį gali pažeisti akis. Niekada nežiūrėkite į lempą, nenukreipkite spindulio į žmonių ar gyvūnų veidus ir, jei lempą naudojate ilgiau, dėvėkite apsauginius akinius.

Kuo fluorescencija skiriasi nuo fosforescencijos?

Fluorescencija baigiasi tą pačią akimirką, kai išjungiama lempa. Fosforescencija yra pošvytis, kuris tęsiasi dar kurį laiką: natūralių mineralų jis paprastai trumpas, o dirbtiniai luminoforai gali švyti ištisas valandas.

Kur Latvijoje galima pamatyti mineralus, kurie švyti UV šviesoje?

Latvijos nacionalinio gamtos muziejaus ekspozicijoje „Mineralogija“ Rygoje yra liuminescencijos skyrius, kuriame UV šviesoje sušvinta 87 mineralai iš viso pasaulio. Prieš apsilankydami patikrinkite muziejaus darbo laiką.

Šaltiniai

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 (ir susijęs straipsnis 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 (Europos sinchrotroninės spinduliuotės įrenginys), „X-rays reveal the energy storage mechanism of glow-in-the-dark materials“ (2020-07-20): www.esrf.fr/home/news/spotlight/content-news/spotlight/spotlight365…
9. FREQUENCIES akmenų enciklopedija: fluoritas, kalcitas, sodalitas, selenitas (GIA, Mindat, geology.com duomenimis): 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 ir kt., 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. Latvijos nacionalinis gamtos muziejus, LV portāls, „Dabas muzejā košās krāsās iemirdzas pasaules minerāli“ (2020-02-24): lvportals.lv/dienaskartiba/313478-dabas-muzeja-kosas-krasas-iemirdz…
24. Latvijos nacionalinis gamtos muziejus, ekspozicija „Mineralogija“: www.dabasmuzejs.gov.lv/lv/ekspozicijas/mineralogija
25. Latvijos nacionalinis gamtos muziejus, darbo laikas: www.dabasmuzejs.gov.lv/lv/apmekle/darbalaiks