От песка под ногами до часов на запястье — кварц повсюду.
Кварц – один из самых распространенных материалов в мире и одна из самых древних забав человечества. От древних мифов до современной науки кварц сыграл роль практически во всех аспектах развития человечества – и к тому же он очень красив.
Но задумывались ли вы когда-нибудь о том, что скрывается за мерцающим драгоценным камнем на вашем ожерелье? Отправляйтесь с нами в путешествие через геологию, химию и электроники.
Содержание
Драгоценный камень, который есть везде
Для камня, который повсеместно используется в ювелирных изделиях, вы можете быть удивлены тем, насколько нередким на самом деле является кварц. Почти полностью состоящий из кислорода и кремния – двух самых распространенных по массе элементов на Земле – найти ингредиенты для образования этого минерала нетрудно.
А вот создать для него подходящую среду, пожалуй, сложнее. “Большинство кварцев образуется либо в магматических породах, либо в среде с геотермальными водами”, – объясняет Аддисон Райс, геолог, инженер-эколог и аспирантка палеоокеанографии и геонаук Утрехтского университета.
“В магматических породах кварц образуется при охлаждении магмы. Как вода превращается в лед, так и диоксид кремния кристаллизуется при охлаждении. Медленное охлаждение обычно позволяет кристаллам расти больше”, – продолжает она. “Кварц, растущий из воды, богатой кремнеземом, образуется аналогичным образом. Диоксид кремния растворяется в воде, как сахар в чае, но только при высокой температуре и давлении. Затем, когда температура или давление падают, раствор становится насыщенным, и образуются кристаллы кварца”.
К счастью, если есть две вещи, которых много на Земле, так это вода и магма. В результате земная кора на одну восьмую состоит из кварца: миллиарды и миллиарды молекул диоксида кремния складываются в тетраэдры, создавая сверкающие драгоценные камни, которые мы знаем, любим и за которые охотно платим.
Так где же все это находится?
Если 12 процентов континентальной коры Земли – это кварц, вы можете задаться вопросом, почему мы не спотыкаемся о его кристаллы каждый день. На самом деле спотыкаемся: пляжный песок, в частности, состоит в основном из кварца, который веками размывался на все более мелкие частицы под нашими ногами.
Конечно, есть вероятность, что вы ищете кварц более крупных размеров, чем песчинки. Это тоже не проблема: “он присутствует во многих магматических и метаморфических породах, является основным компонентом гранитных пегматитов и главным компонентом песчаников”, – объясняет Крейг Р. Гленн, профессор наук о Земле на факультете геологии и геофизики Гавайского университета.
По его словам, горный хрустальный кварц можно встретить практически по всему миру, особенно примечательны его образования в Альпах, юго-восточной Бразилии, на Мадагаскаре и в Японии.
Однако если вам нужен какой-то определенный тип кварца – дымчатый или окрашенный в какой-то радужный оттенок, – вам, возможно, придется поискать в другом месте. И это потому, что…
Откуда берутся цвета кварца?
Базовый кварц имеет простой состав: кремний и кислород. Состоящий только из этих двух элементов, он образует прозрачный кварц, настолько прозрачный, что легко понять, почему древние греки периодически путали его с водой.
“Они полагали, что кристаллы кварца – это лед, замерзший настолько сильно, что не может растаять”, – объясняет Смитсоновский национальный исторический музей на своем сайте. “Они называли это “krystallos”, что означает “лед” – вот откуда произошло слово “кристалл”. Кристаллы кварца действительно были первоначальными “кристаллами””.
Но добавьте в них хоть немного другого элемента, и можно получить множество ярких цветов. Например, аметист, который, возможно, не считается кварцем, но определенно им является, обязан своим фиолетовым оттенком присутствию железа, облученного гамма-лучами из породы, окружающей драгоценный камень. Нагрейте этот камень до температуры выше 440°C, и вы получите солнечно-желтый цитрин.
Некоторые кварцы не столь разборчивы: земляничный кварц выглядит так, как выглядит, благодаря крупным частицам гематита, или лепидолита, или мусковита, или пьемонтита, и чего-то, что попало в камень и достаточно похоже на семена земляники. Некоторые из них настолько специфичны, что нам потребовались тысячелетия, чтобы понять, что происходит: розовый кварц использовался в ювелирных изделиях по крайней мере с 7000 года до нашей эры, но только на рубеже XXI века различные методы спектрометрии позволили выяснить, что придает камню розовый оттенок.
И знаете что? Минерал, который никто из исследователей не видел раньше, но который был похож на очень редкий минерал силикат бората алюминия под названием дюмортьерит. В настоящее время он носит название “диди дюмортьерит”.
Халцедон
Хотя большинство кварцев, с которыми мы уже познакомились, не будут лишними на обручальном кольце или в кулоне, есть еще одна ветвь родословной этого минерала, которая на первый взгляд может показаться вам совсем не драгоценной.
“Некоторые разновидности кварца, такие как аметист, цитрин и розовый кварц, вырезаются из монокристаллов, но большее количество – поликристаллические. Это означает, что камень состоит из множества взаимосвязанных кристаллов”, – объясняет геммолог Пэт Дейли.
“Халцедон – это кварцевый самоцвет, состоящий из очень мелких кристаллов, которые невозможно различить с помощью лупы или стандартного геммологического микроскопа”, – пишет Дейли.
В результате получается камень, который совсем не похож на драгоценный камень – что-то вроде непрозрачного никель-зеленого хризопраза или землистой яшмы и кровавика. Одна из самых узнаваемых форм халцедона – агат: он “встречается в виде конкреций, часто в пространствах, которые когда-то были пузырями в вулканических породах”, – объясняет Дейли, что придает ему почти повсеместный полосчатый рисунок.
“Он растет внутрь от стенок пустот в виде волокнистых кристаллов кварца”, – пишет Дейли. Волокна расходятся от точек зарождения, образуя серию куполов, которые конкурируют за пространство по мере роста”. Структурная полосатость, параллельная продвигающимся поверхностям роста, присутствует всегда, даже если цветовые полосы отсутствуют”.
Сила кварца
Люди всегда любили блестящие вещи, и кварц никогда не был исключением. “Люди в самые ранние времена верили в магическую силу кварца”, – отмечает Геммологический институт Америки. “Древнеримская, египетская и греческая цивилизации использовали кристаллы кварца в качестве мощных талисманов”.
Кварц фигурирует в мифологиях и традициях таких разных обществ, как аборигены Австралии и доисторические народы Ирландии. “Римляне использовали розовый кварц в качестве печати для обозначения права собственности, – поясняют в институте, – а египтяне верили, что этот камень может предотвратить старение”.
Так или иначе, но все эти цивилизации верили в силу, заключенную в кристаллах кварца, и они не совсем ошибались, если понимать термин “сила” буквально.
Мы не собираемся говорить о центрировании чакр или поиске камней рождения, но то, что кварц способен создавать особый тип энергии, – определенно правда. В частности, это электрическая энергия: сожмите камень – или, используя более научную терминологию, подвергните его механическому воздействию – и вы сможете заставить небольшой электрический заряд пройти через него.
Чудо называется пьезоэлектричеством – название происходит от греческого πιέζω – “piezein”, или “сжимать”, – и первоначально было открыто в 1880 году Пьером Кюри и его братом Жаком (еще до встречи с Мари).
Люди и до этого знали, что при раздавливании кварца происходит что-то неладное, но никто не мог этого доказать – более того, даже после того, как братья подтвердили и назвали явление, оно оказалось настолько сложным, что в течение десятилетий не было никаких реальных успехов в этом направлении.
Однако сегодня это одно из многих свойств, делающих кварц столь незаменимым в современном мире. Без кварца и его пьезоэлектрических свойств у нас не было бы ни гидролокаторов, ни большинства современных часов; он используется для передачи радио- и телесигналов; он есть даже в вашем компьютере и GPS.
Читайте также: Натрон – разгадка “следов от совка” на Незаконченном обелиске?