Государственный исторический музей Южного Урала

300 000
предметов в фондах
250 000
посещаемость за год
100
проектов и выставок в год

Научные публикации

О флуоресценции минералов


В геологической коллекции Государственного исторического музея Южного Урала хранится большое количество минералов. Это уникальное природное образование, обладающее такими же, уникальными для него свойствами. Одним из таких является свойство флуоресценции. В 1852 году Джордж Габриэль Стокс (1819-1903), английский математик и физик) наблюдал синее свечение флюорита при освещении невидимым светом «за фиолетовым концом спектра» и назвал данное явление флуоресценцией. Это определение получило широкое признание в области минералогии, геммологии, биологии, оптики, коммерческого освещения и многих других областях.
Флуоресценция, или флюоресценция — разновидность такого явления, как люминесценция.

Рис. 1.JPG
Рис. 2.jpg

                 Родохрозит в обычном свете и под ультрафиолетом

Люминесценция - нетепловое свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения. А флуоресценция - свечение, возбуждаемое в минералах некоторыми внешними воздействиями, в частности светом, рентгеновскими или катодными лучами, и быстро затухающее после прекращения возбуждения. Все минералы обладают способностью отражать свет – именно это делает их видимыми для человеческого глаза. Некоторые минералы обладают способностью временно поглощать небольшое количество света и мгновенно выпускать его с другой длиной волны, вследствие чего, изменение длины волны вызывает временную перемену цвета минерала.
Флуоресценция в минералах происходит, когда образец освещается с определенной длиной волны света. Ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и катодные лучи являются типичными видами света, которые вызывают флуоресценцию. Эти типы света обладают способностью возбуждать чувствительные электроны в атомной структуре минерала. Эти электроны, получая энергию переходят на более высокие орбиты в атомной структуре минерала. А когда они возвращаются к своей первоначальной орбите, небольшое количество энергии выделяется в виде света. Длина волны света, выделяемого из флуоресцентного минерала, часто заметно отличается от длины волны падающего света. Это приводит к заметному изменению цвета минерала.
Разные минералы, по разному светятся или не светятся в коротковолновом, средневолновом и длинноволновом ультрафиолетовом свете, так как в их состав входят химические элементы, имеющие не завершенные электронные оболочки атомов, которые по разному возбуждаются от излучений разной длины волн.
Большинство минералов не имеют заметной флуоресценции. Только около 15% минералов имеют свечение, которое видят люди. Флуоресценция обычно возникает, когда в минерале присутствуют определенные примеси, известные как «активаторы». Эти активаторы обычно представляют собой катионы металлов, таких как: вольфрам, молибден, свинец, бор, титан, марганец, уран и хром. Известно, что редкоземельные элементы, такие как европий, тербий, диспрозий и иттрий, способствуют возникновению явления флуоресценции. Свечение минералов также может быть вызвано структурными дефектами кристаллов или органическими примесями.

Рис. 3.JPG
Рис. 4.jpg

          Кальцитовая щетка на породе в обычном свете и под ультрафиолетом

Некоторые примеси погашают флуоресценцию. Если железо или медь присутствуют в виде примесей, они могут уменьшить или исключить флуоресценцию. Кроме того, если активатор-минерал присутствует в больших количествах, это может понизить эффект флуоресценции.
Большинство минералов светятся одним цветом. Другие минералы имеют несколько цветов флуоресценции. Известно, что кальцит светится красным, синим, белым, розовым, зеленым и оранжевым. Некоторые минералы обладают несколькими цветами флуоресценции в одном образце. Это могут быть полосатые минералы, которые демонстрируют несколько стадий роста из исходных растворов с изменяющимися составами. Многие минералы флуоресцируют один цвет под коротковолновым УФ-светом и другой цвет под длинноволновым УФ-светом.
Явление свечения минералов в ультрафиолетовом свете, является одним из признаков определения некоторых минералов, так и принципом, которым руководствуются при формировании тематических коллекций минералов.
Флуоресценция имеет практическое применение в горной промышленности, геммологии, петрологии и минералогии. Минеральный шеелит и руда вольфрама обычно имеет ярко-синее свечение. Геологи, которые ищут шеелит и другие флуоресцентные минералы, используют для поиска ночью ультрафиолетовые лампы.
Ученые в нефтегазовой промышленности иногда исследуют буровые шламы и стержни с УФ-лампами. Небольшое количество масла в скважинах породы и минеральных зерен, будет светиться под ультрафиолетовым светом. Цвет флуоресценции может указывать на термическую зрелость масла. Более темные цвета указывают на тяжелые масла, а более светлые — на легкие масла. Люминесцентные лампы могут использоваться в шахтах для выявления и отслеживания рудоносных пород. Они также применялись на линиях сбора для быстрого обнаружения ценных кусков руды и отделения их от отходов.
Многие драгоценные камни бывают флуоресцирующими, такие как рубин, кунцит, алмаз и опал. Это свойство иногда можно использовать для обнаружения мелких камней в отложениях или раздробленной руде и для поиска минералов на местности. Например: светло-желтые алмазы с синей флуоресценцией добываются на шахте Премьер в Южной Африке, а бесцветные камни с синей флуоресценцией вырабатываются шахтой Ягерфонтеэн в Южной Африке. Камни, добытые в этих шахтах, называются «Премьеры» и «Яги».
В начале 1900-х годов многие торговцы алмазами искали камни с яркой синей флуоресценцией. Они полагали, что эти камни будут казаться более бесцветными (менее желтыми), если смотреть на них в свете с высоким содержанием ультрафиолета. Это в конечном итоге привело к контролю условий освещения для алмазов при сортировке по цвету. Флуоресценция обычно не используется при идентификации минералов. Большинство минералов не флуоресцирует, и это свойство непредсказуемо. Хорошим примером является кальцит. Некоторые кальциты не светятся. А другие их образцы флуоресцируют свечение в различных цветах, включая красный, синий, белый, розовый, зеленый и оранжевый. Флуоресценция редко является диагностическим свойством.

Рис. 5.JPG
Рис. 6.jpg

              Гакманит (разновидность содалита) в обычном свете и под ультрафиолетом

Лампы, которые используются для поиска и изучения флуоресцентных минералов, отличаются от новых ультрафиолетовых ламп (называемых «черными лампами»). Эти новинки не подходят для изучения минералов по двум причинам:
1) они излучают длинноволновый ультрафиолетовый свет (большинство флуоресцентных минералов реагируют на коротковолновый ультрафиолет);
2) лампы излучают значительное количество видимого света, что мешает точному наблюдению, и не является проблемой для использования новинки.

Рис. 7.JPG
Рис. 8.jpg

                        Содалит в обычном свете и под ультрафиолетом

Научные лампы выпускаются с различным диапазоном длин волн. Лампы, используемые для изучения минералов, имеют фильтр, позволяющий пропускать ультрафиолетовые волны, но блокирует наиболее видимый свет, который будет мешать наблюдению. Эти фильтры являются дорогостоящими и частично отвечают за высокую стоимость научных ламп. Для тщательного изучения флуоресцентных минералов предлагается 4-ваттная УФ-лампа с маленьким фильтрующим окном и небольшая коллекция коротковолновых и длинноволновых флуоресцентных образцов минералов.
Так как ультрафиолетовые волны присутствуют в солнечном свете и они способны вызывать солнечный ожог, то ультрафиолетовые лампы производят такую же длину волн света, как и коротковолновые ультрафиолетовые лучи, которые блокируются озоновым слоем атмосферы Земли. При их использовании следует соблюдать меры предосторожности.
Изменение цвета флуоресцентных минералов наиболее впечатляет, когда они освещены в темноте ультрафиолетовым светом, и это можно рассмотреть на примере образцов из фондов Государственного исторического музея Южного Урала.

Д.А. Меньшенина

хранитель фондов сектора археологии и
естественно-научных коллекций



                                    Список литературы:
1. Лазаренко Е.К. Курс минералогии. М.: Высшая школа, 1971.
2. Смольянинов Н.А. Практическое руководство по минералогии. М.: Недра, 1972.
3. Шуман В. Мир камня. В 2-х т. Т. 2. Драгоценные и поделочные камни. М.: Мир, 1986.
4. Флуоресценция минералов [Электронный ресурс] https://mineralog.livejournal.com/84016.html (дата обращения: 30.03.2022)
5. Флуоресцентные минералы [Электронный ресурс] https://qazgeology.kz/флуоресцентные-минералы (дата обращения: 31.03.2022)
16.05.2022

Возврат к списку