Благородный опал

Благородный опал  -  драгоценная разновидность опала, отличающаяся игрой цветов. Глобулярное строение опалов порождает опалесценцию - рассеяние света. Благородный опал отличается радужной игрой цветов, причиной которой является дифракция света на пространственной решётке, образованной регулярно расположенными одноразмерными глобулами. Цвет радужной иризации определяется диаметром глобул (при d = 150-200 нм фиолетовый, до 400 нм зелёный, свыше - красный). Как показали микроскопические и рентгеновские исследования, опал построен из полимеризованных нитей аморфного кремнезёма с фрагментами более правильной структуры кварца, а нередко также тридимита. Нити свёрнуты или собраны в глобулы - шаровидные образования выдержанного размера диаметром порядка 1000 Å. Глобулы в свою очередь регулярным образом уложены в упаковку, по конфигурации близкую к плотнейшей кубической, иногда - гексагональной; в промежутках между глобулами размещается вода, которая их дополнительно связывает. Получающаяся регулярная структура по масштабу периодичности отвечает длинам волн видимого света и способна вызывать интерференционные явления, обеспечивающие столь ценимый в ювелирно-поделочных опалах эффект опалесценции. 

То, что благородный опал в древности вызывал глубочайшее восхищение, явствует из описания этого камня, сделанного Плинием: «Из всех драгоценных камней именно спал вызывает наибольшие трудности при описании. Для него свойственна острая игра света карбункула, фиолетовый отблеск аметиста, аквамариновые тона изумруда - смешанные все вместе и сияющие с неописуемой яркостью». Из дальнейшего описания следует, что мошенники даже в те далекие дни были хорошо знакомы с возможностью изготовления поддельных опалов из стекла. Плиний предлагает испытание, позволяющее отличить настоящий опал от поддельного, которое, однако, нельзя считать надежным: «Нет камня, который мошенники подделывали бы с большим искусством, чем этот. Единственным средством, позволяющим выявить обман, является солнечный свет. Если поддельный опал, изготовленный из стекла, взять большим и указательным пальцами и позволить лучам солнца падать на него, то он обнаруживает одну и ту же окраску по всей поверхности камня и не излучает сияния. В то же время истинный опал излучает последовательно различные яркие лучи, окраска его постоянно меняется и он отбрасывает яркие отблески на пальцы».

Благодаря процветавшему в прошлом глупому суеверию, которое не изжито еще и поныне, и предвещавшему несчастье тому, кто носит опалы, этот драгоценный камень долгое время вызывал недоверие, которое начало понемногу рассеиваться только тогда, когда в Австралии открыли чёрный опал. Действительно, восхитительное малиновое сияние, пробегающее временами по куску чёрного, как ночь, опала, было одним из тех замечательных явлений, которые мог предложить мир драгоценных камней.

Выделяются две разновидности благородного опала - белый и чёрный. Оба этих термина употребляются в более широком смысле, чем можно было бы ожидать из точного значения этих слов. Собственный цвет белого опала всегда светлый, но он может отличаться от белого - быть, например, желтоватым. Настоящий чёрный опал очень редок, и большая часть образцов этой разновидности имеет тёмно-серую или синюю окраску. То, что окраска этих камней не связана с обычным поглощением света, следует из того факта, что проходящий и отраженный лучи имеют дополнительную окраску. Например, синий камень, если лучи света проходят сквозь него, выглядит жёлтым. Во многих образцах чёрного опала иризирующие участки слишком малы для того, чтобы их можно было обработать по отдельности, и вся пятнистая масса обрабатывается, шлифуется и продаётся как опал (opal-matrix).

Благородный опал принадлежит к драгоценным камням; лучшие образцы ценятся очень дорого. Крупнейший Опал Нониуса - величиной с большой орех. Чтобы лучше проявилась цветовая игра благородных опалов, им придают круглую или овальную форму кабошонов или другие выпуклые формы, в зависимости от конфигураций исходного сырья. Если хранить опалы в условиях низкой влажности, то из-за потери влаги они могут потрескаться и помутнеть. Поэтому ювелирные изделия с опалами следует носить как можно чаще, так как этот драгоценный камень может брать необходимую ему влагу из воздуха или от кожи и пота человека-носителя. Рекомендуется время от времени погружать образцы опала в чистую воду.

Искусственный синтез, имитации и подделки

Как было известно еще во времена Плиния, опал можно имитировать, нагревая стекло и затем быстро его охлаждая, в результате чего оно покрывается трещинками. Поскольку эти трещинки заполнены воздухом, а не твердым материалом, получающиеся имитации весьма посредственны. Так как благородный опал часто встречается в виде тонких плёнок, довольно распространены опаловые дублеты, в которых пленка опала искусственно скреплена с какой-либо подложкой. Последней может служить низкокачественный опал, чёрный оникс или чёрная паста. В опаловом триплете опаловая пленка покрывается обработанным в виде кабошона кусочком горного хрусталя, который предохраняет опал от повреждений, но видоизменяет его блеск и иризацию. Часто можно столкнуться с имитацией чёрного опала, получаемой путём пропитки низкокачественного опала раствором сахара с дальнейшей обработкой его серной кислотой.

Процесс образования опалов в природе может длиться порядка 100.000 лет. В Австралии, где были найдены самые большие месторождения благородных опалов, ученые задались вопросом, можно ли каким-либо искусственным методом воспроизвести процесс образования опалов? Для решения этой задачи в 60-х годах двадцатого века были начаты углублённые лабораторные исследования в данном направлении. Детальное изучение свойств и структуры природных опалов привело к научным открытиям, сделавшим возможным синтез опалов в лабораторных условиях. Самым первым вопросом, на которые ученые постарались найти исчерпывающий ответ - происхождение ярких оттенков, присущих структуре самых красивых видов опалов.
Основным инструментом исследований стал электронный микроскоп, позволяющий делать снимки предметов, которые в сотни раз меньше тех, что можно разглядеть в обычном оптическом микроскопе. Особенности этого прибора значительно усложняли процесс исследования. Обычные образцы опалов было невозможно использовать в качестве основного предмета рассмотрения. Ввиду этого была разработана методика, благодаря которой было налажено исследование свойств опала с помощью т.наз. «реплики», представляющей собой тонкую пленку углерода, полностью повторяющую поверхность природного материала.

В результате таких исследований было установлено, что структура опала представляет собой соединением мельчайших прозрачных частиц в форме шариков, размером в 0,2 мкм. Причем эти «шарики» укладываются в строгом геометрическом порядке относительно друг друга. Эти особенности строения камня и делают возможным появление множества ярких цветов. Строгая геометрическая последовательность упаковки частичек опала является важнейшей особенностью трёхмерной дифракционной решетки. Таким термином физики обозначают явление, когда появляются все цвета спектра при прохождении параллельного пучка света сквозь серии тонких близко расположенных линий. Выяснилось, что игра цвета в камне зависит от размеров мельчайших частичек. В самых красивых благородных опалах размер частиц варьируется от 0,15 мкм до 0,3 мкм. Если частицы окажутся больше или меньше, то большого количества ярких цветов наблюдаться не будет. Такой опал считается обычным.
Для образования благородного опала с достаточно правильной геометрической формой расположения частичек или сфер необходимы постоянные климатические условия. Важно, чтобы на протяжении долгого времени не менялось давление, концентрация вещества и температура. Такие условия встречаются в природе крайне редко, что является причиной редкости нахождения благородного опала в природе. На основании полученных данных, была разработана методика производства искусственных опалов. В лабораторных условиях опалы синтезируются значительно быстрее, чем в природе, благодаря возможности создания и поддержания нужных условий. Впервые искусственный опал был синтезирован в 1964 году австралийскими экспериментаторами А. Гаскином и П. Дарре. В 70-х гг. прошлого века синтез благородных опалов был освоен советскими учёными в бывш. CCCP.
Процесс искусственного синтеза благородного опала сложный. Исходным материалом является раствор силиката Na. Его используют для получения шариков кремнезема нужного размера. Эти шарики образуются в результате нагревания силикатного раствора с ионообменными смолами в течении 30-100 часов. После применения некоторых методов, ученые получают осадок, в котором присутствует слой, содержащий шарики кремнезема одинакового размера. Единственное отличие этих шариков от природных заключается в том, что в их составе присутствует гораздо больше воды.

Для того, чтобы извлечь лишнюю воду, шарики подвергаются длительному нагреванию при температуре 100°C. В случаях, когда требуется чтобы этот процесс произошел быстрее шарики нагревают до температуры 600°С. Для соединения шариков друг с другом применяется специальное связующее вещество - полиметиловый метакрилат.
Со временем ученые научились добиваться того, чтобы шарики нужного размера плотно соединялись, друг с другом без примеси клеящего вещества. В одном из методов, осевшие частички образовывали «конгломерат», которые в последствии подвергался тепловой обработке 900°C. Жёсткое твёрдое тело, получаемое в результате, отличается наличием цветовых эффектов, схожих с теми, что наблюдаются в природном опале.
С течением времени методика изготовления прозрачных глобул кремнезёма и их соединения друг с другом претерпела изменения. В 1971-1972 гг. было опубликовано сообщение о том, что благородный опал, весьма похожий на природный, синтезировал французский ученый Пьер Жильсон. Позднее появился еще один метод производства камней, схожих по своим характеристикам с опалами: в 1976 г. созданный по иной технологии искусственный аналог опала стал известен как камень Слокума, - кремниевое стекло с добавками кальция и магния, при изготовлении которого в массе материала появляются тонкие параллельные слои, являющиеся причиной иризации. Но несмотря ни на что, никакие синтетические аналоги и имитации опала не оказалась достойными вполне конкурировать с природными камнями.

Распространены также примитивные имитации и подделки опала, главным образом за него выдают специально изготовляемое опалесцирующее стекло. В настоящее время широко производятся синтетические опалы, в том числе в России.